專利名稱：GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法。
背景技術(shù)：
以GaAs為代表的III - V族太陽電池因其光電轉(zhuǎn)換效率高而倍受青睞。作為太陽電池襯底的Ge由于與GaAs材料的晶格常數(shù)接近(它們的晶格失配度為0. 1%)，一定的生長條件下，在Ge片上外延生長GaAs材料制成的太陽電池具有很高的性能，因此Ge片上外延生長GaAs材料已成為GaAs太陽電池領(lǐng)域中重要的襯底片。但是由于Ge材料價格較高、重量較大，提高了電池的成本和重量。而Si材料相對于Ge材料來說不僅價格較便宜，而且重量輕，如果能將Ge與Si結(jié)合起來作為GaAs太陽電池襯底片，減少Ge的用量，能夠降低GaAs太陽電池的生產(chǎn)成本還能夠降低電池的重量。基于此，如何將Ge與Si結(jié)合起來作為 GaAs太陽電池襯底片，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員研究的熱點。目前公知的將Ge與Si結(jié)合起來的方法是在Si片上直接外延生長Ge材料，但是由于Ge與Si的晶格失配較大，達(dá)到4. 18%，造成Ge與Si產(chǎn)生大量的位錯，不僅加大了外延生長的難度，最重要的是會造成對太陽電池性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種格較便宜、重量輕，制作簡單，并且不影響太陽電池性能的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法。本發(fā)明GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法包括如下技術(shù)方案GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特點是包括以下制備過程⑴進(jìn)行材料的p+型摻雜在清洗后的Si片和Ge片上分別進(jìn)行濃度為1018-1019cm_3的p+型摻雜，形成深度為2000-3000nm的Si片p+型摻雜區(qū)和Ge片p+型摻雜區(qū)；⑵Ge片上注入H+離子在摻雜劑后形成的Ge片p+型摻雜區(qū)上，注入能量115_180keV、劑量IO16-IO17Cm'離子束電流80-150 U A’ Ge片p+型摻雜區(qū)上形成深度為500_1000nm的Ge片H+離子注入?yún)^(qū)；(3)拋光對⑴中摻雜后的Si片和⑵中注入H+離子后的Ge片進(jìn)行拋光前清洗，然后采用化學(xué)機(jī)械拋光法對Si片p+型摻雜區(qū)表面和Ge片H+離子注入?yún)^(qū)表面進(jìn)行粗拋、精拋和水拋，再對Si片和Ge片進(jìn)行拋光后清洗；⑷等離子活化在完成拋光、清洗的Si片p+型摻雜區(qū)和Ge片H +離子注入?yún)^(qū)進(jìn)行壓力為40-50毫托，射頻功率為50-100W，采用氬氣或氧氣作為等離子體，氬氣或氧氣以流速為50-100sccm,同時轟擊30-60秒,對Si片p+型摻雜區(qū)和Ge片H+離子注入?yún)^(qū)表面進(jìn)行等離子體活化；(5)低溫鍵合將離子體活化后的Si片p+型摻雜區(qū)表面和Ge片H+離子注入?yún)^(qū)表面作為鍵合面貼合在一起，置入鍵合腔；鍵合腔內(nèi)壓力為0. 5-lMPa、氣體為N2,以10-15°C /min的速度升溫至300-400°C后，再以3-5°C /min的速度降溫至室溫，對Si片和Ge片進(jìn)行1_2小時的鍵合，形成鍵合體；(6)退火對鍵合體進(jìn)行退火，退火溫度350_450°C，時間1_2小時；(7)剝離
采用Smart-Cut技術(shù)，將Ge片p+型摻雜區(qū)從Ge片H+離子注入?yún)^(qū)剝離，Ge片H+離子注入?yún)^(qū)形成Ge膜層與Si片成為一體，制成Ge/Si襯底片；將襯底片表面拋光至平整，完成本發(fā)明GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施在最終制成Ge/Si襯底片的Ge膜層表面，再同質(zhì)外延一層厚度為200_300nm的p+型Ge材料。所述Si片和Ge片p+型摻雜前的清洗過程如下表所述
權(quán)利要求
1.GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特征在于包括以下制備過程 ⑴進(jìn)行材料的P+型摻雜 在清洗后的Si片和Ge片上分別進(jìn)行濃度為IO18-IO19cnT3的p+型摻雜，形成深度為2000-3000nm的Si片p+型摻雜區(qū)和Ge片p+型摻雜區(qū)； ⑵Ge片上注入H+離子 在摻雜劑后形成的Ge片p+型摻雜區(qū)上，注入能量115-180keV、劑量1016-1017cm_2、離子束電流80-150 ii A，Ge片p+型摻雜區(qū)上形成深度為500_1000nm的Ge片H+離子注入?yún)^(qū)； ⑶拋光 對⑴中摻雜后的Si片和⑵中注入H+離子后的Ge片進(jìn)行拋光前清洗，然后采用化學(xué)機(jī)械拋光法對Si片p+型摻雜區(qū)表面和Ge片H+離子注入?yún)^(qū)表面進(jìn)行粗拋、精拋和水拋，再對Si片和Ge片進(jìn)彳T拋光后清洗； ⑷等離子活化 在完成拋光、清洗的Si片p+型摻雜區(qū)和Ge片H+離子注入?yún)^(qū)進(jìn)行壓力為40-50毫托，射頻功率為50-100W，采用氬氣或氧氣作為等離子體，氬氣或氧氣以流速為50-100sCCm，同時轟擊30-60秒，對Si片p+型摻雜區(qū)和Ge片H+離子注入?yún)^(qū)表面進(jìn)行等離子體活化； (5)低溫鍵合 將離子體活化后的Si片p+型摻雜區(qū)表面和Ge片H+離子注入?yún)^(qū)表面作為鍵合面貼合在一起，置入鍵合腔；鍵合腔內(nèi)壓力為0. 5-lMPa、氣體為N2,以10-15°C /min的速度升溫至300-400°C后，再以3-5°C /min的速度降溫至室溫，對Si片和Ge片進(jìn)行1_2小時的鍵合，形成鍵合體； (6)退火 對鍵合體進(jìn)行退火，退火溫度350-450°C，時間1-2小時； (7)剝離 采用Smart-Cut技術(shù),將Ge片p+型摻雜區(qū)從Ge片H+離子注入?yún)^(qū)剝離，Ge片H+離子注入?yún)^(qū)形成Ge膜層與Si片成為一體，制成Ge/Si襯底片；將襯庹片表面拋光至平整，完成本發(fā)明GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特征在于在最終制成Ge/Si襯底片的Ge膜層表面,再同質(zhì)外延一層厚度為200_300nm的p +型Ge材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特征在于Si片和Ge片p+型摻雜前的清洗過程如下表所述
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特征在于所述P+型摻雜后的Si片放入體積比為HF =H2O=I 10的DHF腐蝕液中浸泡20分鐘，取出再放入去離子水中超聲清洗10分鐘，用N2吹干。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特征在于所述⑶中拋光前清洗和拋光后清洗的過程如下表所述；拋光前的清洗過程
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特征在于所述⑶中的化學(xué)機(jī)械拋光法為選用漿料氧化劑為H2O2、多羥多胺有機(jī)堿作為PH值調(diào)節(jié)劑進(jìn)行粗拋、精拋和水拋；所述粗拋機(jī)械磨料的PH值為10-11、直徑60-70nm的硅溶膠顆粒；所述精拋機(jī)械磨料的PH值為10-11、直徑10-20nm的硅溶膠顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特征在于所述⑶中拋光后清洗完畢，再將Si片和Ge片置入體積比HF = H2O=I: 10的BHF腐蝕液中浸泡60秒，用去離子水超聲清洗5分鐘，氮氣吹干。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特點是包括以下制備過程⑴進(jìn)行材料的p+型摻雜；⑵Ge片上注入H+離子；⑶拋光；⑷等離子活化；⑸低溫鍵合；⑹退火；⑺剝離。本發(fā)明通過采用低溫鍵合剝離的技術(shù)，在廉價的Si片上形成了Ge薄膜構(gòu)成了Ge/Si襯底片，大幅減少了Ge用量，降低了電池的成本，減輕了電池的重量；由于將晶格嚴(yán)重失配的材料直接連接起來,晶格失配所產(chǎn)生的大量位錯都限制在了鍵合界面上,不會對其他區(qū)域材料的性能造成影響，因此不會影響太陽電池的性能，并且Ge/Si襯底片連接部位的機(jī)械強(qiáng)度非常高；實現(xiàn)了低成本高效太陽電池，適用于大規(guī)模推廣使用。
文檔編號H01L31/18GK102779902SQ201210281529
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者劉如彬, 孫強(qiáng), 康培, 王帥, 穆杰, 高鵬 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所, 天津藍(lán)天太陽科技有限公司