[發明專利]全光單片集成光電器件及其制作方法

在審

• 申請號: 201310676003.2
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN104716153A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 任昕;陸書龍;邊歷峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

技術領域

本申請屬于光電技術領域，特別是涉及一種全光單片集成光電器件及其制作方法。

背景技術

目前應用于激光顯示、微投影等的多色光電器件一般情況下都是采用將多個單色激光器（LED）通過光學透鏡或者其他器件集成起來。不僅增加了成本，而且不利于小型化設備的制造。

此外，晶片直接鍵合技術是材料集成的一項新工藝．利用鍵合技術可以集成晶格或晶向失配的材料，制造傳統外延生長技術不能制造的結構和器件；可以集成具有不同光電和機械特性的材料，實現優勢互補．不同材料鍵合后，界面具有位錯密度低，導電透光性好，化學和熱穩定性好的特點，材料的本身性質和晶體結構基本不受影響，并且鍵合強度能滿足器件加工工藝的要求．近年來，鍵合技術廣泛應用于集成不同材料，制造新型器件，改善器件性能。

GaAs是制備多種光電器件的優良材料。GaN是目前制備綠光到紫外波段的發光器件的首選材料，而且適合制造高頻、大功率器件。將兩者結合則成為制造電子器件的理想材料，可為實現全色顯示開辟新思路．但是GaAs與GaN晶格失配較大，通過傳統外延技術，不能得到滿足器件制備要求并具有良好導電透光特性的GaAs／GaN異質結。

發明內容

本發明的目的提供一種全光單片集成光電器件及其制作方法，解決了現有技術中成本高、不利于小型化設備制造、以及傳統外延技術得到的器件質量不高的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本申請實施例公開一種全光單片集成光電器件，包括p型GaAs襯底，以及依次形成于p型GaAs襯底上的GaInP/AlGaInP有源區量子阱、n型GaAs接觸層、n型GaN接觸層、GaN／InGaN有源區量子阱和p型GaN接觸層，所述全光單片集成光電器件為單片集成的單個器件。

優選的，在上述的全光單片集成光電器件中，所述n型GaN接觸層鍵合形成于所述n型GaAs接觸層表面。

優選的，在上述的全光單片集成光電器件中，所述全光單片集成光電器件為LED或光伏電池。

相應地，本發明還公開了一種全光單片集成光電器件的制作方法，包括：

s1、在p型GaAs襯底上依次生長GaInP/AlGaInP有源區量子阱和n型GaAs接觸層，獲得GaAs晶片；

s2、在藍寶石襯底上依次生長p型GaN接觸層、GaN／InGaN有源區量子阱和n型GaN接觸層，獲得GaN晶片；

s3、將n型GaAs接觸層和n型GaN接觸層進行鍵合；

s4、剝離藍寶石襯底。

優選的，在上述的全光單片集成光電器件的制作方法中，所述步驟s1中，所述GaInP/AlGaInP有源區量子阱通過分子束外延方法生長于p型GaAs襯底上，生長溫度控制為610~730℃，生長壓力控制為4~8MPa。

優選的，在上述的全光單片集成光電器件的制作方法中，所述步驟s3中，鍵合前還包括：將GaAs晶片和GaN晶片依次在三氯乙烯／丙酮／乙醇中超聲清洗，并在HC1溶液中浸泡去除表面氧化物，最后用去離子水清洗。

優選的，在上述的全光單片集成光電器件的制作方法中，所述HC1溶液中，Hcl與H₂O的體積比為1:5。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明利用GaN/GaAs鍵合方法提供一種全光GaN/GaInP/GaAs（3.5/1.9/1.4?ev）集成單片器件及其制作方法，中間層GaInP的帶隙為1.9ev波長在紅光范圍內，?GaN/GaInP/GaAs（3.5/1.9/1.4?ev）集成單片器件可以實現對全光的吸收利用，并且將不同帶隙能量的激光器（LED）集成起來，制備成單片集成的單個器件，在應用上更加的方便實用。全光單片集成光電器件是利用直接鍵合方法通過摻雜濃度和退火時間的選擇對界面電阻的影響，有效地將GaN/GaAs(3.5/1.4?ev)的兩種帶隙能量相差較大的材料結合起來，解決了因晶格不同而產生的失配問題。將二代半導體GaAs材料與三代半導體GaN材料進行了有效結合，與現有技術相比還減少了機械式連接中使用多個不同襯底所導致的高成本，實現了降低成本、工藝簡化的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。