(57)【要約】  本開示は、一般的に、電子デバイスおよび光電子デバイス（たとえば、光起電性デバイス）などのデバイスの製造に使用するための薄膜リフトオフ方法に関する。本願に記載される方法は、成長基板からのエピ層の分離を、急速および正確に制御するために、エピタキシャルリフトオフ技術および剥離技術の組み合わせを用いる。本願は、成長基板と犠牲層との間に配置される犠牲層を有する成長構造を提供する。本開示に例示する方法は、犠牲層において少なくとも一つの切り欠きを形成することと、少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって成長構造を剥離して成長基板からエピ層を分離することと、を含む。【選択図】図１
2016532303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板からエピ層を分離する方法であって、
成長基板、犠牲層およびエピ層を含む成長構造を準備する工程と、ここで、前記犠牲層は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置され、
前記犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングする工程と、
前記少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって前記成長構造を剥離して前記成長基板から前記エピ層を分離する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングによって行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
剥離する工程は、前記エピ層の上方に引張応力層を堆積することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記引張応力層は、金属およびポリマーから選択される材料を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記材料は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗおよびそれらの合金から選択される金属である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記引張応力層は、堆積する際に引張応力を与えられる請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記剥離する工程は、前記引張応力層の上方にハンドルを配置することと、当該ハンドルを使用して前記亀裂伝播を開始することと、をさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記剥離する工程は、前記引張応力層を加熱すること、前記引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記剥離する工程は、前記引張応力層を加熱すること、前記引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせをさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記成長構造は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置される一つ以上のひずみ層をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記一つ以上のひずみ層は、圧縮ひずみまたは引張ひずみを独立して示す請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記一つ以上のひずみ層は、一つ以上のＩＩＩ−Ｖ材料を独立して含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記一つ以上のひずみ層は、前記犠牲層に対して格子不整合である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＩＩＩ−Ｖ材料は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂおよびＧａＡｓから選択される請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記一つ以上のひずみ層は、前記成長基板と前記犠牲層との間に配置される第１ひずみ層と、前記犠牲層と前記エピ層との間に配置される第２ひずみ層と、を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記成長基板は、単結晶ウエハー材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記成長基板は、Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、サファイアおよびそれらの組み合わせから選択される材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記犠牲層は、ＡｌＡｓを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
成長基板からエピ層を分離する方法であって、
成長基板の上方に犠牲層を堆積し、前記犠牲層の上方にエピ層を堆積する工程と、ここで、前記成長基板、前記犠牲層および前記エピ層は、成長構造の少なくとも一部であり、
前記犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングする工程と、
前記少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって前記成長構造を剥離して前記成長基板から前記エピ層を分離する工程と、
を含む方法。
【請求項２０】
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングによって行われる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
剥離する工程は、前記エピ層の上方に引張応力層を堆積することを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記剥離する工程は、前記引張応力層を加熱すること、前記引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記成長基板と前記エピ層との間に一つ以上のひずみ層を堆積する工程をさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
成長基板からエピ層を分離する方法であって、
成長基板、犠牲層およびエピ層を含む成長構造を準備する工程と、ここで、前記犠牲層は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置され、
前記エピ層の上方に引張応力層を堆積する工程と、
前記犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングする工程と、
を含む方法。
【請求項２５】
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングによって行われる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記引張応力層は、金属およびポリマーから選択される材料を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記材料は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗおよびそれらの合金から選択される金属である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記引張応力層は、前記エッチングする工程を行う際に、前記少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって前記成長構造が剥離して前記成長基板から前記エピ層が分離するのに十分な引張応力を与えられる請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって前記成長構造を剥離して前記成長基板から前記エピ層を分離する工程をさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
剥離する工程は、前記引張応力層の上方にハンドルを配置することと、当該ハンドルを使用して前記亀裂伝播を開始することと、を含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
剥離する工程は、前記引張応力層を加熱すること、前記引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記成長構造は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置される一つ以上のひずみ層をさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記一つ以上のひずみ層は、一つ以上のＩＩＩ−Ｖ材料を独立して含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記一つ以上のひずみ層は、前記犠牲層に対して格子不整合である請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
成長基板からエピ層を分離する方法であって、
成長基板、犠牲層、エピ層および一つ以上のひずみ層を含む成長構造を準備する工程と、ここで、前記犠牲層および前記一つ以上のひずみ層は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置され、
前記犠牲層における亀裂伝播によって前記成長構造を剥離して前記成長基板から前記エピ層を分離する工程と、
を含む方法。
【請求項３６】
前記一つ以上のひずみ層は、前記成長基板と前記犠牲層との間に配置される請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記一つ以上のひずみ層は、前記犠牲層と前記エピ層との間に配置される請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記一つ以上のひずみ層は、圧縮ひずみまたは引張ひずみを独立して示す請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記一つ以上のひずみ層は、一つ以上のＩＩＩ−Ｖ材料を独立して含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記一つ以上のひずみ層は、前記犠牲層に対して格子不整合である請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記ＩＩＩ−Ｖ材料は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂおよびＧａＡｓから選択される請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記一つ以上のひずみ層は、前記成長基板と前記犠牲層との間に配置される第１ひずみ層と、前記犠牲層と前記エピ層との間に配置される第２ひずみ層と、を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１ひずみ層は、圧縮ひずみを有し、前記第２ひずみ層は、引張ひずみを有する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
剥離する工程は、前記エピ層の上方に引張応力層を堆積することを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４５】
前記引張応力層は、金属およびポリマーから選択される材料を含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記材料は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗおよびそれらの合金から選択される金属である請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記剥離する工程は、前記引張応力層の上方にハンドルを配置することと、当該ハンドルを使用して前記亀裂伝播を開始することと、をさらに含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記剥離する工程は、前記引張応力層を加熱すること、前記引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせをさらに含む請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１３年８月２６日に出願された米国仮出願第６１／８７０，０６２号に対する優先権の利益を主張し、その全体が参照により本願に包含される。
【０００２】
（連邦支援研究に関する声明）
本発明は、米陸軍研究局によって授与された授与番号ＡＲＬ−ＭＡＳＴ  Ｗ９１１ＮＦ−０８−１−０００４の下で、米国政府の支援を受けてなされた。本発明において、政府は、一定の権利を有する。
【０００３】
（共同研究契約）
本開示の主題は、合同大学法人研究協定に対する一つ以上の団体である、ミシガン大学およびナノフレックス電力会社（Ｎａｎｏｆｌｅｘ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を代表して、および／または、これらに関連してなされた。本協定は、本開示の主題が準備された日以前に有効であり、本協定の範囲内で行われた活動の結果としてなされた。
【０００４】
本開示は、一般的に、エピタキシャルリフトオフおよび剥離の組み合わせを用いた、薄膜リフトオフの方法に関する。本方法は、光起電性デバイスなどの、電子デバイスおよび光電子デバイスを製造するために使用されうる。
【背景技術】
【０００５】
光電子デバイスは、電磁放射を電子的に生成もしくは検出するための、または、周囲の電磁放射から電力を生成するための、材料の光学的および電子的な特性に依存する。
【０００６】
感光性光電子デバイスは、電磁放射を電気に変換する。太陽電池は、光起電性（ＰＶ）デバイスとも呼ばれ、特に、電力を生成するために使用される、感光性光電子デバイスの一種である。ＰＶデバイスは、太陽光以外の光源から電気エネルギーを生成してもよく、電力を消費する負荷を駆動するように使用され、たとえば、照明や暖房装置を提供し、あるいは、計算機、ラジオ、コンピューターまたは遠隔モニターもしくは通信装置などの、電子回路またはデバイスに電力を供給する。また、これらの電力生成の用途は、電池または他のエネルギー蓄電デバイスを充電することもしばしば含み、太陽または他の光源からの直接の照射が得られない場合でも動作が継続でき、あるいは、特定の用途の要求を伴い、ＰＶデバイスの電力出力のバランスを保つようにできる。本明細書で使用する用語「抵抗負荷」は、任意の電力を消費または蓄電する回路、デバイス、装置またはシステムを意味する。
【０００７】
感光性光電子デバイスの他の種類として、光伝導セルがある。この機能では、信号検出回路が、デバイスの抵抗を監視し、光の吸収による変化を検出する。
【０００８】
感光性光電子デバイスの他の種類として、光検出器がある。動作中、光検出器は、電磁放射に暴露される際に発生する電流を測定し、印加バイアス電圧を有してもよい電流検出回路と併用される。本明細書で記載する検出回路は、光検出器にバイアス電圧を供給でき、電磁放射に対する光検出器の電気的応答を測定できる。
【０００９】
感光性光電子デバイスのこれらの三つの分類は、以下に定義する整流接合が存在するかどうかによって、さらに、デバイスが、バイアスまたはバイアス電圧としても知られる外部の印加電圧を用いて動作するかどうかによって、特徴づけられてもよい。光伝導セルは、整流接合を有さず、通常、バイアスを用いて動作する。ＰＶデバイスは、少なくとも一つの整流接合を有し、バイアスを用いずに動作する。光検出器は、少なくとも一つの整流接合を有し、常にではないが通常、バイアスを用いて動作する。原則として、光起電性セルは、回路、デバイスまたは装置に電力を供給するが、検出回路、または、検出回路からの情報の出力を制御するために、信号または電流を供給しない。反対に、光検出器または光伝導体は、検出回路、または、検出回路からの情報の出力を制御するために、信号または電流を供給するが、回路、デバイスまたは装置に電力を供給しない。
【００１０】
従来、感光性光電子デバイスは、たとえば、結晶シリコン、多結晶シリコンおよびアモルファスシリコン、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウムおよびその他の、多くの無機半導体から構成されてきた。本明細書における用語「半導体」は、電荷キャリアが熱的または電磁的な励起によって誘起される際に、導電できる材料を示す。用語「光伝導性」は、一般的に、電磁放射エネルギーが吸収され、それにより電荷キャリアの励起エネルギーに変換され、そのため、キャリアが材料中の電荷を伝導（すなわち輸送）できる過程に関連する。用語「光伝導体」および「光伝導性材料」は、本明細書では、電磁放射を吸収して、電荷キャリアを生成する特性について選択される半導体材料を意味するために使用される。
【００１１】
ＰＶデバイスは、標準照射条件（すなわち、１０００Ｗ／ｍ２、ＡＭ１．５スペクトルの照射である標準試験条件）の下で、最大電力を生成するように、つまり、光電流と光起電力との積が最大になるように、最適化されてもよい。標準照射条件の下での、このようなセルの電力変換効率は、以下の三つのパラメーター、（１）ゼロバイアス下での電流（すなわち、短絡回路電流ＩＳＣ、単位はアンペア）、（２）開回路条件下での光起電力（すなわち、開回路電圧ＶＯＣ、単位はボルト）、および（３）曲線因子ＦＦ、に依存する。
【００１２】
ＰＶデバイスは、負荷を介して接続され、光によって照射される際に、光生成電流を生成する。無限大の負荷の下で照射される場合、ＰＶデバイスは、その最大可能電圧（Ｖ  ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔまたはＶＯＣ）を生成する。その電気的接続が短絡した状態で照射される場合、ＰＶデバイスは、その最大可能電流（Ｉ  ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔまたはＩＳＣ）を生成する。実際に、電力を生成するために使用される場合、ＰＶデバイスは、有限な抵抗負荷に接続され、電力出力は、電流と電圧との積（Ｉ×Ｖ）によって与えられる。ＰＶデバイスによって生成される最大総電力は、本質的に、ＩＳＣ×ＶＯＣの積を超えることができない。負荷の値が最大電力を引き出すために最適化される場合、電流および電圧は、それぞれＩｍａｘおよびＶｍａｘという値を有する。
【００１３】
ＰＶデバイスについての性能指数は、曲線因子ＦＦであり、以下のように定義される。
【００１４】
【数１】
2016532303.tif 000003
【００１５】
ここで、ＩＳＣおよびＶＯＣは、実際の使用では決して同時に得られないため、ＦＦは常に１未満である。それにも関わらず、ＦＦが１に近づくにつれて、デバイスは、より小さい直列抵抗または内部抵抗を有するようになり、その結果、最適条件の下で、負荷に対して、ＩＳＣとＶＯＣとの積のより大きい割合を与える。Ｐｉｎｃがデバイスに対する電力の入力である場合、デバイスの電力効率ηＰは、以下によって計算されうる。
【００１６】
【数２】
2016532303.tif 000004
【００１７】
半導体の相当の容積を占める、内部に発生する電界を生成するための通常の方法は、特に分子の量子エネルギー状態の分布に関して適切に選択される導電性を有する、二つの材料の層を並置することである。これらの二つの材料の界面は、光起電性接合と呼ばれる。従来の半導体理論では、ＰＶ接合を形成するための材料は、ｎ型またはｐ型のいずれかであるように作製されうる。ここで、ｎ型は、多数キャリアの型が電子であることを示す。これは、相対的に自由なエネルギー状態にある、多数の電子を有する材料として見なされうる。ここで、ｐ型は、多数キャリアの型が正孔であることを示す。このような材料は、相対的に自由なエネルギー状態にある、多数の正孔を有する。バックグラウンドの型（すなわち、光生成しないバックグラウンドの型）では、多数キャリアの濃度は、主に、意図されたか否かによらない、欠陥または不純物によるドーピングに依存する。不純物の型および濃度は、伝導帯の最低エネルギーと価電子帯の最高エネルギーとの間のギャップの範囲内にある、フェルミエネルギー（またはフェルミ準位）の値を決定する。フェルミエネルギーは、占有確率が１／２に等しいエネルギーの値によって示される、分子の量子エネルギー状態の統計的な占有を特徴づける。伝導帯の最低エネルギー近傍のフェルミエネルギーは、電子が支配的なキャリアであることを示す。価電子帯の最高エネルギー近傍のフェルミエネルギーは、正孔が支配的なキャリアであることを示す。したがって、フェルミエネルギーは、従来の半導体を最も特徴づける特性であり、原型的なＰＶ構造は、従来からｐ−ｎ接合であった。
【００１８】
用語「整流」は、特に、界面が非対称な伝導特性を有すること（すなわち、界面が好ましくは一方向における電荷の輸送を担うこと）を示す。整流は、通常、適切に選択された材料間の接合で発生するビルトイン電界に関連する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来の無機半導体ＰＶセルは、内部の電界を設けるために、ｐ−ｎ接合を採用する。高効率のＰＶデバイスは、一般的に、高価な単結晶の成長基板上に作製される。これらの成長基板は、単結晶ウエハーを含んでもよく、この単結晶ウエハーは、活性層などのエピ層のエピタキシャル成長のために、完全な格子および構造上の支持体を形成するために使用されうる。これらのエピ層を、元の無傷の成長基板を有するＰＶデバイス内に、組み込んでもよい。あるいは、それらのエピ層を、取り外し、ホスト基板と再結合させてもよい。
【００２０】
場合によっては、エピ層を、所望の光学的、機械的または熱的な特性を示すホスト基板に移動させることが望ましい。たとえば、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）エピ層を、シリコン（Ｓｉ）基板上に成長させてもよい。しかし、得られる材料の電子的な品質は、特定の電子的な応用には、不十分なものになりうる。それゆえに、格子整合したエピ層の高い材料品質を保ちつつ、それらのエピ層を他の基板に組み込みできることが望ましい。これは、エピタキシャルリフトオフとして知られる方法によって、達成されてもよい。エピタキシャルリフトオフ方法では、エピ層は、成長基板から「リフトオフ」され、新しいホスト基板に再結合（たとえば、接合または接着）されてもよい。
【００２１】
それらは、望ましいエピタキシャル成長特性を提供しうるが、一般的な成長基板は、厚く、過度の重量を生じる可能性があり、得られるデバイスは、脆く、大きな支持システムを必要とする傾向がある。エピタキシャルリストオフは、これらの成長基板から、より効率的で、軽量で、フレキシブルなホスト基板にエピ層を移動させるための、望ましい方法である。
【００２２】
特に、エピタキシャルリフトオフは、犠牲層を選択的にエッチングすることによって、成長基板からのエピ層の分離を可能にする。リフトオフ界面は、犠牲層において正確に制御されうる。しかし、エピタキシャルリフトオフは、低速な処理であり、完成までに、一般的に数時間または数日もかかりうる。そのため、高速で、正確に制御される、新しい薄膜リフトオフ方法を導入する必要がある。
【００２３】
本開示は、エピタキシャルリフトオフを剥離（スポーリング）と組み合わせることによって、この要求に対処する。剥離（スポーリング）は、応力層によって補助される亀裂伝播を用いる、高速リフトオフ方法である。応力層は、基板に応力を誘起し、誘起された応力が、基板と薄膜層との間の界面に対して平行の方向に亀裂を誘導する。しかし、剥離のみでは、亀裂界面を正確に制御できないなどの不利な点がある。たとえば、剥離の間の亀裂の位置における偏差は、ミクロンの単位にありうる。本開示の発明の方法は、高速で、正確に制御される薄膜リフトオフ処理のために、エピタキシャルリフトオフ技術および剥離技術を組み合わせており、これにより、亀裂伝播は、犠牲層において制御され、制御された亀裂界面をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願に開示する成長基板からエピ層を分離する方法は、成長基板、犠牲層およびエピ層を含む成長構造を準備する工程と、ここで、前記犠牲層は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置され、前記犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングする工程と、前記少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって前記成長構造を剥離して前記成長基板から前記エピ層を分離する工程と、を含む。
【００２５】
また、成長基板の上方に犠牲層を堆積し、前記犠牲層の上方にエピ層を堆積する工程と、ここで、前記成長基板、前記犠牲層および前記エピ層は、成長構造の少なくとも一部であり、前記犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングする工程と、前記少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって前記成長構造を剥離して前記成長基板から前記エピ層を分離する工程と、を含む、成長基板からエピ層を分離する方法を開示する。
【００２６】
さらに、成長基板、犠牲層およびエピ層を含む成長構造を準備する工程と、ここで、前記犠牲層は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置され、前記エピ層の上方に引張応力層を堆積する工程と、前記犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングする工程と、を含む、成長基板からエピ層を分離する方法を開示する。
【００２７】
さらに、成長基板、犠牲層、エピ層および一つ以上のひずみ層を含む成長構造を準備する工程と、ここで、前記犠牲層および前記一つ以上のひずみ層は、前記成長基板と前記エピ層との間に配置され、前記犠牲層における亀裂伝播によって前記成長構造を剥離して前記成長基板から前記エピ層を分離する工程と、を含む、成長基板からエピ層を分離する方法を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
添付する図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。
【図１】本開示に係る成長基板からエピ層を分離する方法の一例を示す図である。
【図２Ａ】本開示に係る一つ以上のひずみ層を含む成長構造を示す概略図である。
【図２Ｂ】本開示に係る一つ以上のひずみ層を含む成長構造を示す概略図である。
【図２Ｃ】本開示に係る一つ以上のひずみ層を含む成長構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本明細書で使用する用語「ＩＩＩ−Ｖ材料」は、周期表のＩＩＩＡ族およびＶＡ族からの元素を含む化合物結晶を表すために使用されうる。より具体的には、用語「ＩＩＩ−Ｖ材料」は、本明細書では、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）の族と、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）の族との組み合わせである化合物を表すために使用されうる。
【００３０】
本明細書のＩＩＩ−Ｖ化合物は、省略された形式で命名されることに留意すべきである。２成分材料は、ＩＩＩ：Ｖ族の化合物のモル比が、約１：１であるとみなされる。３以上の成分の系（たとえば、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ）では、ＩＩＩ族種（すなわち、Ｉｎ、ＧａおよびＡｌ）の合計が、約１であり、Ｖ族の成分（すなわち、ＡｓおよびＰ）の合計が、約１であり、したがって、Ｖ族に対するＩＩＩ族の比は、約１である。
【００３１】
ＩＩＩ−Ｖ化合物の名称は、周囲の文章から推測されるように、格子整合または格子不整合（ひずみ）を達成するために必要とされる、化学量論比であるとみなされる。さらに、名前は、ある程度置換されうる。たとえば、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｌＡｓは、同じ材料である。
【００３２】
本明細書で使用する用語「層」は、主な次元がＸ−Ｙである（すなわち、その長さおよび幅に沿う）感光性デバイスの要素または構成要素を意味し、一般的に、照射の入射面に対して垂直である。用語「層」は、単層または材料のシートに必ずしも限定されないことを理解すべきである。層は、積層またはいくつかの材料のシートの組み合わせを含みうる。さらに、特定の層の表面（このような層と他の材料または層との界面を含む）は、不完全であってもよく、当該表面は、他の材料または層と浸透したり、混在されたり、入り組んだりするネットワークを示すことを理解すべきである。同様に、層は、不連続であってもよく、たとえば、Ｘ−Ｙ次元に沿う当該層の連続は、乱れていてもよく、あるいは、他の層または材料によって妨げられたりしてもよいことも、理解すべきである。
【００３３】
第１の層が、第２の層の「上方に（ｏｖｅｒ）」または「上側に（ａｂｏｖｅ）」配置または堆積されると記載する場合、第１の層は、構造の基板からさらに離れて配置される。第１の層が、第２の層の「上に（ｏｎ）」、または、第２の層と「物理的に接触して」、配置または堆積されることを指定しない限り、第１の層と第２の層との間には、他の層があってもよい。たとえば、犠牲層は、様々な層が間にあったとしても、成長基板の「上方に」または「上側に」配置されると記載しうる。同様に、第１の層が、第２の層と第３の層との間に配置または堆積されると記載する場合、第１の層が、第２の層および／または第３の層の「上に」、または、第２の層および／または第３の層と「物理的に接触して」、配置または堆積されることを指定しない限り、第１の層と第２の層との間、および／または、第１の層と第３の層との間には、他の層があってもよい。
【００３４】
本明細書で使用する「引張応力層」は、引張応力を与えられた、または、引張応力を与えられうる層である。
【００３５】
本明細書で使用する「引張応力」または「引張ひずみ」は、材料または層が、基板と平行な張力の下にあることを意味する。
【００３６】
本明細書で使用する「圧縮ひずみ」は、材料または層が、基板と平行な圧縮の下にあることを意味する。
【００３７】
本明細書で使用する用語「剥離」は、小片に裂くことを意味する。たとえば、本明細書で記載する「成長構造を剥離すること」は、成長基板からのエピ層の分離をもたらす。
【００３８】
本開示の一態様では、成長基板からエピ層を分離する方法は、成長基板、犠牲層およびエピ層を含む成長構造を準備することと（ここで、犠牲層は、成長基板とエピ層との間に配置される）、犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングすることと、少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって成長構造を剥離して成長基板からエピ層を分離することと、を含む。
【００３９】
図１は、本開示に係る成長基板からエピ層を分離する方法の一例を示す図である。ステップ１では、成長基板、犠牲層およびエピ層を有する成長構造を準備する。成長基板は、単結晶ウエハー材料などの、任意の数の材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、成長基板は、単結晶ウエハーである。いくつかの実施形態では、成長基板は、ゲルマニウム （Ｇｅ）、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、サファイアおよびそれらの組み合わせから選択される材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、成長基板はＧａＡｓを含む。いくつかの実施形態では、成長基板はＩｎＰを含む。いくつかの実施形態では、成長基板を含む材料は、ドープされてもよい。適当なドーパントとしては、亜鉛（Ｚｎ）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族の化合物）、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＦｅおよびＣｒを含んでもよいが、これらに限定されない。たとえば、成長基板は、Ｚｎおよび／またはＳを用いてドープされたＩｎＰを含んでもよい。
【００４０】
特記しない限り、たとえばＩｎＰを含む層への言及は、そのドープされていない、および、ドープされた（たとえば、ｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ）形態のＩｎＰを包含するものと理解すべきである。適当なドーパントの選択は、たとえば、基板の半絶縁性、または、その中に存在する任意の欠陥に依存してもよい。
【００４１】
成長構造のエピ層は、任意の活性層または活性層の集合を意味する。エピ層は、たとえば、光起電性デバイスなどの感光性デバイスでの使用に望ましい、任意の活性材料を含んでもよい。したがって、いくつかの実施形態では、エピ層は、「デバイス領域」とみなされてもよい。いくつかの実施形態では、エピ層は、少なくとも一つのＩＩＩ−Ｖ材料を含む。
【００４２】
成長構造の犠牲層は、ＥＬＯ技術および剥離技術の組み合わせを通じて、除去層として作用する。犠牲層は、エピ層に対して、格子整合であってもよく、格子不整合であってもよい。犠牲層は、エピ層および／または成長基板のエッチングを最小化または排除する一方で、少なくとも一つの切り欠きが犠牲層においてエッチングされうるように、エピ層および／または成長基板に対して、相対的に高いエッチング選択性を有するように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、犠牲層は、ＩＩＩ−Ｖ材料を含む。いくつかの実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ材料は、ＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰから選択される。一実施形態では、犠牲層は、ＡｌＡｓを含む。いくつかの実施形態では、犠牲層は、約２ｎｍ〜約２００ｎｍ、たとえば、約４ｎｍ〜約１００ｎｍ、約４ｎｍ〜約８０ｎｍまたは約４ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００４３】
成長構造は、成長基板とエピ層との間に配置される一つ以上のひずみ層をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層は、成長基板と犠牲層との間に配置される。いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層は、犠牲層とエピ層との間に配置される。一つ以上のひずみ層を含む、限定しない実施形態の一例を、図２に示す。図２Ａは、犠牲層とエピ層との間に配置されるひずみ層を含む成長構造を示す。図２Ｂでは、ひずみ層は、成長基板と犠牲層との間に配置される。また、図２Ｃでは、第１ひずみ層が、成長基板と犠牲層との間に配置され、第２ひずみ層が、犠牲層とエピ層との間に配置される。一つ以上のひずみ層は、犠牲層に対して、格子不整合であってもよい。いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層は、犠牲層と物理的に接触している。
【００４４】
いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層は、独立して、引張ひずみを有するか、または、圧縮ひずみを有する。一実施形態では、一つ以上のひずみ層は、圧縮ひずみを有する。他の実施形態では、一つ以上のひずみ層は、引張ひずみを有する。
【００４５】
図２Ａのように、成長構造が、犠牲層とエピ層との間に配置されるひずみ層を含むいくつかの実施形態では、ひずみ層は、引張ひずみを有する。図２Ｂのように、成長構造が、成長基板と犠牲層との間に配置されるひずみ層を含むいくつかの実施形態では、ひずみ層は、圧縮ひずみを有する。図２Ｃのように、第１ひずみ層が、成長基板と犠牲層との間に配置され、第２ひずみ層が、犠牲層とエピ層との間に配置されるいくつかの実施形態では、第１ひずみ層は圧縮ひずみを有し、第２ひずみ層は引張ひずみを有する。
【００４６】
いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層は、独立して、一つ以上のＩＩＩ−Ｖ材料を含む。適当なＩＩＩ−Ｖ材料としては、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂおよびＧａＡｓを含むが、これに限定されない。
【００４７】
成長構造は、一つ以上のバッファ層、または、一つ以上の保護層をさらに含んでもよい。保護層は、成長基板と犠牲層との間、および／または、犠牲層とエピ層との間に配置されてもよい。これらの層は、エピタキシャルリフトオフ技術および剥離技術の間、成長基板および／またはエピ層を保護するために役立ち、成長基板の連続した再利用を可能にする。米国特許第８，３７８，３８５号および米国特許公開番号ＵＳ２０１３／００４３２１４号は、バッファおよび保護層の配置を開示しており、参照により本明細書に包含される。
【００４８】
成長構造を準備するための適当な堆積方法としては、ガスソース分子線エピタキシー、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシー）、固体ソースＭＢＥおよび化学ビームエピタキシーが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４９】
図１のステップ２に示すように、少なくとも一つの切り欠きが、犠牲層において形成される。ステップ２に示す少なくとも一つの切り欠きは、一例にすぎない。本開示によれば、少なくとも一つの切り欠きは、成長基板からエピ層を分離するために、成長構造に誘起される引張応力を集中させられる。少なくとも一つの切り欠きは、犠牲層をエッチングすることによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、犠牲層は、少なくとも一つの切り欠きを形成するために、エッチング液を用いてウェットエッチングされる。一つの限定しない技術としては、成長構造をエッチング液に浸漬する、または、沈めることがある。いくつかの実施形態では、犠牲層は、少なくとも一つの切り欠きを形成するために、エッチング液を用いて気相エッチングされる。
【００５０】
エッチング液は、犠牲層を選択的にエッチングするように選択されてもよい。たとえば、エピ層および／または成長基板に対する、犠牲層のエッチング選択性は、少なくとも約１０２：１、たとえば、少なくとも約１０３：１、１０４：１、１０５：１、１０６：１または１０７：１であってもよい。いくつかの実施形態では、エッチング液は、ＨＦを含む。本開示によれば、成長基板からのエピ層の除去をもたらすために、犠牲層が、その全体においてエッチングされるわけではないことに留意すべきである。むしろ、犠牲層は、少なくとも一つの切り欠きを形成するために、一部のみエッチングされる。
【００５１】
図１のステップ３では、成長構造は、少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって剥離されて、成長基板からエピ層が分離する。剥離は、本技術分野で周知の技術によって行われてもよい。いくつかの実施形態では、図に示すように、剥離する工程は、エピ層の上方に引張応力層を堆積することを含む。いくつかの実施形態では、引張応力層は、エピ層と物理的に接触する。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の追加の層が、エピ層と引張応力層との間に配置される。たとえば、引張応力層は、エピ層の上方のハンドルの上方および／または上に、堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、引張応力層は、金属またはポリマーから選択される材料を含む。適当な材料としては、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗおよびそれらの合金（たとえばＮｉＦe）を含むが、これらに限定されない。他の金属が用いられてもよい。ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、および、下地層と一致しない熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する他のポリマーは、引張応力層として用いられてもよいポリマーの例である。引張応力層は、たとえば、ディップコーティング、スピンコーティング、スパッタリング、化学気相成長、物理気相成長、めっきなどの、材料などを堆積するための本技術分野で周知の技術によって、堆積されてもよい。また、引張応力層を「堆積すること」は、（たとえば、引張応力誘導ポリマーテープが使用される場合の）粘着など、成長構造に対する応力層を保護する他の技術を含む。
【００５２】
引張応力層は、成長構造に応力を誘起して、堆積する際に引張応力を与えられてもよい。適当な堆積方法としては、スパッタリングおよび電気めっきによる物理気相成長を含むが、これに限定されない。引張応力の程度は、処理パラメーターを制御することによるなど、本技術分野で周知の技術によって制御されてもよい。たとえば、応力の程度は、スパッタリングの間の圧力を制御することによって、または、電気めっきの間の印加電流を制御することによって、制御されうる。いくつかの実施形態では、応力の程度は、約１００ＭＰａ〜約１０ＧＰａに及んでもよい。いくつかの実施形態では、引張応力層は、約０．１μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さを有する。
【００５３】
エッチングする工程によって、応力は、犠牲層における少なくとも一つの切り欠きに集中する。この応力が目下の成長構造システムについて十分に大きければ、応力は、ステップ３（続）に示すように、少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって、成長構造の剥離を開始し、成長基板からエピ層が分離する。
【００５４】
犠牲層における少なくとも一つの切り欠きは、当該少なくとも一つの切り欠きにおいて応力を集中させることによって、剥離界面を制御するために役立つ。また、引張応力層における応力の程度および応力層の厚さは、犠牲層における剥離界面を制御するように、最適化されうる。たとえば、エピ層の厚さは、引張応力層における所望の応力の程度に影響しうる。これらの技術は、リフトオフ時間を最短にし、滑らかなリフトオフ界面を形成するために使用される。
【００５５】
いくつかの実施形態では、引張応力層の引張応力を増加させて、剥離を開始または促進するために、追加の処理が行われる。たとえば、図１の任意のステップ４に示すように、いくつかの実施形態では、剥離する工程は、引張応力層を加熱すること、引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせをさらに含む。これらの実施形態のいくつかでは、引張応力層は、温度変化が応力層に引張応力を与えるように、下地層のＣＴＥ（より小さい）とは異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）（より大きい）を有するように選択される。温度変化を誘起するための一つの限定しない技術としては、成長構造および引張応力層（当該引張応力層は、成長構造に付着している）をアニーリングすることがある。アニーリングに続いて、引張応力を誘起するために、冷却してもよい。温度変化を誘起するための別の限定しない技術としては、たとえば、液体窒素中で成長構造および引張応力層を浸漬すること、または、ドライアイスの表面上に成長構造および引張応力層を配置することによって、成長構造および引張応力層を冷却することがある。
【００５６】
いくつかの実施形態では、剥離する工程は、引張応力層の上方にハンドルを配置することと、当該ハンドルを使用して亀裂伝播を開始または促進することと、をさらに含む。引張応力層が十分に厚い実施形態では、引張応力層が、亀裂伝播を開始または促進するためのハンドルとして使用されてもよい。
【００５７】
いくつかの実施形態では、引張応力層は、その堆積の際に引張応力を与えられず、引張応力を誘起して剥離を開始するために、追加の処理を必要とする。引張応力は、上述した技術によって誘起されてもよい。たとえば、剥離する工程は、引張応力層を加熱すること、引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせをさらに含んでもよい。また、上述したように、引張応力層は、温度変化が応力層に引張応力を与えるように、下地層のＣＴＥとは異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するように選択されてもよい。
【００５８】
本明細書に記載するような、成長基板が一つ以上のひずみ層を含む実施形態では、一つ以上のひずみ層が、剥離処理を促進および制御できる。たとえば、一つ以上のひずみ層は、犠牲層上にひずみを誘起して犠牲層を機械的に弱めてもよく、これにより、犠牲層の少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播を促進および制御できる。また、一つ以上のひずみ層は、エッチングする工程および剥離する工程の間、成長基板および／またはエピ層を保護するための、一つ以上の保護層として作用してもよい。
【００５９】
成長構造の犠牲層が機械的に弱い場合、本開示の方法は、エッチングする工程を含まなくてもよい。機械的に弱い犠牲層は、当該犠牲層における剥離を、制御および誘導するために役立つ。犠牲層は、ひずまされてもよく、成長構造は、犠牲層上にひずみを誘起するために、本明細書に記載するような一つ以上のひずみ層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、犠牲層は、エピ層に対して格子不整合である。いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層は、犠牲層に対して格子不整合である。
【００６０】
また、本開示は、成長基板の上方に犠牲層を堆積することと、犠牲層の上方にエピ層を堆積することと（ここで、成長基板、犠牲層およびエピ層は、成長構造の少なくとも一部である）、犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングすることと、少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって成長構造を剥離して成長基板からエピ層を分離することと、を含む成長基板からエピ層を分離する方法を含む。
【００６１】
犠牲層およびエピ層は、たとえば、成長構造を準備するために上述した堆積方法を用いて、成長基板の上方に堆積されうる。
【００６２】
また、たとえば、バッファ層および／または保護層などの追加の層も、成長構造の一部として堆積されてもよい。
【００６３】
エッチングする工程および剥離する工程は、上述したように、また、図１に示すように、行われてもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、当該方法は、成長基板とエピ層との間に、上述したような一つ以上のひずみ層を堆積することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層を堆積する工程は、エピ層を堆積する前に、犠牲層の上方にひずみ層を堆積することを含む。いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層を堆積する工程は、犠牲層を堆積する前に、成長基板の上方にひずみ層を堆積することを含む。いくつかの実施形態では、一つ以上のひずみ層を堆積する工程は、犠牲層を堆積する前に、成長基板の上方に第１ひずみ層を堆積することと、エピ層を堆積する前に、犠牲層の上方に第２ひずみ層を堆積することと、を含む。
【００６５】
本開示のさらなる態様では、成長基板からエピ層を分離する方法は、成長基板、犠牲層およびエピ層を含む成長構造を準備することと（ここで、犠牲層は、成長基板とエピ層との間に配置される）、エピ層の上方に、上述したような引張応力層を堆積することと、上述したような犠牲層において、少なくとも一つの切り欠きをエッチングすることと、を含む。本開示のこの態様は、引張応力層が、犠牲層において少なくとも一つの切り欠きをエッチングする前に堆積されることを除いて、図１に示す方法と同様である。
【００６６】
成長構造を準備するために、犠牲層およびエピ層は、たとえば、上述した堆積方法を用いて、成長基板の上方に堆積されうる。また、成長構造は、上述したような追加の層も含んでもよい。
【００６７】
上述したように、引張応力層は、その堆積の際に引張応力を与えられても、与えられなくてもよい。引張応力および追加の引張応力は、上述した、本技術分野で周知であるような技術によって、引張応力層に誘起されてもよい。いくつかの実施形態では、引張応力層は、エッチングする工程を行う際に、少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって成長構造が剥離して成長基板からエピ層が分離するのに十分な引張応力を与えられる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、当該方法は、少なくとも一つの切り欠きにおける亀裂伝播によって成長構造を剥離することをさらに含み、上述した、引張応力層に応力を誘起するための技術のいずれかによって、成長基板からエピ層を分離する。たとえば、剥離する工程は、引張応力層の上方にハンドルを配置することと、当該ハンドルを使用して亀裂伝播を開始することと、を含んでもよい。剥離する工程は、上述したように、特に、不整合のＣＴＥを用いる実施形態に対して、引張応力層を加熱すること、引張応力層を冷却すること、または、それらの組み合わせを含んでもよい。
【００６９】
成長構造は、上述したように、一つ以上のひずみ層をさらに含んでもよい。
【００７０】
本明細書に記載する実施形態は、多種多様な構造に関連して用いられてもよいことを理解すべきである。具体的に記載されていない追加の層もまた、含まれてもよい。具体的に記載された材料以外の材料が、用いられてもよい。本明細書において、様々な層に与えられた名称は、厳密に限定することを目的としたものではない。
【００７１】
特記しない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用された成分の量、反応条件、分析の測定結果などを示す全ての数字は、全ての場合において、用語「約」によって修飾されるものとして理解すべきである。したがって、そうでないと明記しない限り、本明細書および添付された特許請求の範囲に記載された数値パラメーターは、本開示によって取得しようとする所望の特性に応じて、変更してもよい概算値である。少なくとも、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限するための試みとしてではなく、各数値パラメーターは、有効数字および通常の丸め技法による近似の数字を考慮して解釈すべきである。
【図１】
2016532303.tif 000005
【図２Ａ】
2016532303.tif 000006
【図２Ｂ】
2016532303.tif 000007
【図２Ｃ】
2016532303.tif 000008
【国際調査報告】
2016532303.tif 000009
2016532303.tif 000010