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半导体结构及其制造方法技术

技术编号:15530291 阅读:212 留言:0更新日期:2017-06-04 17:26
本公开涉及半导体结构及其制造方法。该方法包括在第一元件的主表面上形成至少基本上由第一III‑V材料构成的第一接合层,以及在第二元件的主表面上形成至少基本上由第二III‑V材料构成的第二接合层。第一接合层和第二接合层设置在第一元件和第二元件之间,并且第一元件和第二元件在设置于第一接合层和第二接合层之间的接合界面处彼此附接。使用这种方法制造半导体结构。

Semiconductor structure including junction layer, multi junction photovoltaic cell and related method

A method for manufacturing a semiconductor structure including formed on the main surface of the first element of the first bonding layer at least basically consists of the first III V material, and the main surface of the second elements is formed on at least basically consists of second III V second material bonding layer. The first bonding layer and the second bonding layer are disposed between the first element and the second element, and the first element and the second element are attached to each other at a bonding interface disposed between the first bonding layer and the second bonding layer. Semiconductor structures are fabricated using this method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括接合层的半导体结构、多结光伏电池和相关方法
本公开的实施方式涉及制造半导体结构的方法,并且更特别地涉及在诸如多结光伏电池的半导体结构的制造期间用于将两个或更多个元件接合(bond)在一起的方法,以及使用这种方法形成的诸如多结光伏电池的半导体结构。
技术介绍
太阳能是可以提供电能来源的丰富的资源。收集并利用太阳能的一种方法是通过光伏(PV)电池,其将太阳能直接转换成电能。能量的转换可以由半导体材料中的n型和p型导电区域制造的pn结二极管提供。这种pn结二极管产生当在半导体材料中形成电子-空穴对时所产生的光电流。作为对电磁辐射的光子照射在光伏电池上并且在光伏电池内被吸收的响应,形成这些电子-空穴对。由半导体材料吸收的能量取决于其特征带隙能量。半导体材料的带隙能量可以定义为将外壳电子从其围绕核的轨道释放至自由状态所需的能量的量。在半导体材料中,将电子从价带激发至导带所需的能量基于两个电子状态之间的能量差而不同。不同的材料具有不同的特征带隙能量。带隙工程是控制材料的带隙能量的过程。用于光伏电池(PVs)中的传统硅基半导体材料具有大约1.1eV的带隙能量,这仅覆盖了太阳电磁辐射光谱的一小部分(例如,从约0.4eV至4.0eV)。具有低于半导体材料的带隙能量的能量的电磁辐射的光子将不被吸收并转换为电能。具有高于带隙能量的能量的光子可以被吸收,但是所产生的电子-空穴对可以以热能(也即热)的形式快速地失去它们高于带隙能量的多余能量。因此,该多余能量不可用于转换为电能。为了最大化光伏电池中的能量的吸收和转换,已经开发了多结(MJ)光伏器件。多结光伏器件由两个或多个子电池构成,每个子电池包括具有不同特征带隙能量的pn结二极管。因此,子电池中的每一个具有被设计为吸收太阳光谱内的不同波长的电磁辐射的带隙能量。因此,两个或多个子电池可以从太阳能光谱的不同部分吸收能量,导致更好地利用太阳能以及更高的运行效率。多结光伏电池通常由在逐层沉积工艺中形成为垂直堆叠的两个或更多个子电池制造。每个子电池被设计成和相邻子电池相比吸收并转换太阳能光谱的不同部分。首先暴露于辐射能量的子电池通常具有最高的带隙能量,而位于第一子电池之下的子电池相应地具有较小的带隙能量。作为该布置的结果,在第一子电池中未被吸收的能量可以传输至多结光伏器件的另一下层子电池并且在其内转换为电子-空穴对,从而使得能够将更宽的太阳能光谱转换为电能。然而,由于在不同材料的各层相互堆叠的顺序异质外延生长期间必须匹配子电池中的每一个的晶格,所以普通的多结光伏器件受到限制。相邻子电池的不同材料中的晶格之间的晶格失配可以导致降低光伏器件的效率的机械应变和晶格位错(也即,晶体结构中的缺陷)。结果,由于这种晶格匹配约束,可以用于典型的多结光伏电池中的材料受到限制。为了克服由于在外延生长工艺期间多结光伏电池的两个或更多个子电池之间的晶格匹配问题而施加的限制,可以利用接合工艺。两个或更多个子电池接合在一起允许在可用于形成多结光伏电池的半导体材料的选择中的进一步的自由度。可以通过在不同衬底上形成两个或多个子电池并且随后通过接合工艺将两个或多个子电池彼此附接来克服晶格失配。通常利用接合技术来执行两个或更多个元件的附接。这种接合技术包括通常被称为例如分子接合、熔合接合、金属接合、粘合剂接合、焊料接合、以及直接接合的许多方法。例如,参见Tong等人在Materials,ChemistryandPhysics371011994的题为“Semiconductorwaferbonding:recentdevelopments”以及Christiansen等人在ProceedingsoftheIEEE941220602006中题为“WaferDirectBonding:FromAdvancedSubstrateEngineeringtoFutureApplicationsinMicro/Nanoelectronics”的期刊出版物。通常通过在待接合的元件中的至少一个元件的表面上形成一个或多个接合层来辅助元件彼此的接合。可以操纵接合层的表面化学性质以改善两个元件彼此的粘附性,使得两个元件可以以足够的结合能量附接以使得能够在接合的半导体结构上执行进一步的处理而无需过早分离。接合层可以包括众多材料,包括例如,导体(例如,金属)、半导体和绝缘体。更常见的接合层之一包括硅酸盐,诸如例如二氧化硅,其中二氧化硅表面的表面化学性质可以包括能够产生高接合能量的硅烷醇(Si-OH)基团。然而,绝缘的接合层的使用可以防止在诸如构成多结光伏电池的子电池的接合的元件之间的电子的流动。因此,这种接合层可能不适合用于其中需要跨接合层的电传导的装置中。两个接合的元件之间的电子的流动以及因此电流可以通过使用金属接合层来实现。已经使用诸如例如铜和金的许多不同的金属材料制造了金属接合层。然而,金属接合层的使用可以严重地限制光穿过接合的结构的传输,因为当金属层超过某一厚度时金属接合层可以基本上防止光传输。因此,当需要穿过接合的元件的光传输时,金属接合层可能是不合适的。
技术实现思路
提供该
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍构思的选取。在以下本公开的示例性实施方式的详细描述中进一步详细地描述这些构思。该
技术实现思路
并不旨在识别要求保护的主题的关键特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。在一些实施方式中,本公开包括一种制造半导体结构的方法,其中形成至少基本上由第一III-V材料构成的第一接合层。第一接合层形成在第一元件的主表面上。形成至少基本上由第二III-V材料构成的第二接合层,并且第二接合层形成在第二元件的主表面上。用n型掺杂剂掺杂第一接合层和第二接合层中的至少一个,并且选择n型掺杂剂以包括硒和碲中的至少一个。第一接合层和第二接合层设置在第一元件和第二元件之间,并且在设置于所述第一接合层和所述第二接合层之间的接合界面处将所述第一元件和所述第二元件彼此附接。在另外的实施方式中,本公开包括通过本文所述的方法制造的半导体结构和器件。例如,在一些实施方式中,本公开包括半导体结构,所述半导体结构具有在第一元件的主表面上至少基本上由第一III-V材料构成的第一接合层,以及在第二元件的主表面上至少基本上由第二III-V材料构成的第二接合层。第一接合层和第二接合层设置在第一元件和第二元件之间。第一接合层和第二接合层中的至少一个进一步包括至少一个n型掺杂剂,并且至少一个n型掺杂剂可以包括硒和碲中的至少一种。接合界面设置在第一接合层和第二接合层之间。附图说明图1是例示出了第一元件和第二元件的简化示意图,第一元件包括其上设置了第一接合层的主表面,以及第二元件包括其上设置了第二接合层的主表面。图2例示出了通过使用第一接合层和第二接合层将第一元件和第二元件彼此附接所形成的半导体结构。图3例示出了针对用于形成图2的半导体结构的示例性接合层的外量子效率和波长之间的关系。图4是由图2的半导体结构制造的多结光伏电池的简化示意图。具体实施方式本文所提供的例示并非意味着任何特定光伏器件或其部件的实际视图,而仅仅是用于描述本公开的实施方式的理想化表示。如本文所使用的,术语“III-V半导体材料”是指并且包括至少主要地由选自周期表IIIA族的一个或多个元素(B、Al、本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/59/201580034477.html" title="半导体结构及其制造方法原文来自X技术">半导体结构及其制造方法</a>

【技术保护点】
一种制造半导体结构的方法,所述方法包括以下步骤:在第一元件的主表面上形成至少基本上由第一III‑V材料构成的第一接合层;在第二元件的主表面上形成至少基本上由第二III‑V材料构成的第二接合层;用n‑型掺杂剂掺杂所述第一接合层和所述第二接合层中的至少一个,并且选择所述n‑型掺杂剂以包括硒和碲中的至少一种;在所述第一元件和所述第二元件之间设置所述第一接合层和所述第二接合层;以及在设置于所述第一接合层和所述第二接合层之间的接合界面处将所述第一元件和所述第二元件彼此附接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.26 US 62/017,7271.一种制造半导体结构的方法,所述方法包括以下步骤:在第一元件的主表面上形成至少基本上由第一III-V材料构成的第一接合层;在第二元件的主表面上形成至少基本上由第二III-V材料构成的第二接合层;用n-型掺杂剂掺杂所述第一接合层和所述第二接合层中的至少一个,并且选择所述n-型掺杂剂以包括硒和碲中的至少一种;在所述第一元件和所述第二元件之间设置所述第一接合层和所述第二接合层;以及在设置于所述第一接合层和所述第二接合层之间的接合界面处将所述第一元件和所述第二元件彼此附接。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法进一步包括选择所述第一III-V材料以包括磷化铟材料。3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法进一步包括选择所述第二III-V材料以包括砷化镓材料和磷化铟镓材料中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法进一步包括以至少大约1.5×1019cm-3的掺杂浓度掺杂所述第一接合层和所述第二接合层中的至少一个。5.根据权利要求1所述的方法,其中,形成所述第一接合层和所述第二接合层中的每一个进一步包括外延生长所述第一接合层和所述第二接合层。6.根据权利要求5所述的方法,其中,外延生长所述第一接合层和所述第二接合层进一步包括外延生长具有小于5埃的原生的表面均方根(rms)粗糙度的至少一个接合表面。7.根据权利要求1所述的方法,其中,用n-型掺杂剂掺杂所述第一接合层和所述第二接合层中的至少一个将所述第一接合层和所述第二接合层中的所述至少一个的吸收边沿的波长减小至少大约两百(200)纳米。8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法进一步包括选择所述第一元件和所述第二元件中的至少一个以包括串联太阳能电池。9.根据权利要求1所述的方法,其中,形成所述第一接合层和形成所述第二接合层中的每一个包括形成具有小于大约1mΩcm2的电阻的材料。10.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:F·纽曼F·莱因哈特尚塔尔·艾尔纳
申请(专利权)人:索泰克公司
类型:发明
国别省市:法国,FR

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