[发明专利]全光单片集成光电器件及其制作方法

说明书

技术领域

本申请属于光电技术领域，特别是涉及一种全光单片集成光电器件及其制作方法。

背景技术

目前应用于激光显示、微投影等的多色光电器件一般情况下都是采用将多个单色激光器（LED）通过光学透镜或者其他器件集成起来。不仅增加了成本，而且不利于小型化设备的制造。

此外，晶片直接键合技术是材料集成的一项新工艺．利用键合技术可以集成晶格或晶向失配的材料，制造传统外延生长技术不能制造的结构和器件；可以集成具有不同光电和机械特性的材料，实现优势互补．不同材料键合后，界面具有位错密度低，导电透光性好，化学和热稳定性好的特点，材料的本身性质和晶体结构基本不受影响，并且键合强度能满足器件加工工艺的要求．近年来，键合技术广泛应用于集成不同材料，制造新型器件，改善器件性能。

GaAs是制备多种光电器件的优良材料。GaN是目前制备绿光到紫外波段的发光器件的首选材料，而且适合制造高频、大功率器件。将两者结合则成为制造电子器件的理想材料，可为实现全色显示开辟新思路．但是GaAs与GaN晶格失配较大，通过传统外延技术，不能得到满足器件制备要求并具有良好导电透光特性的GaAs／GaN异质结。

发明内容

本发明的目的提供一种全光单片集成光电器件及其制作方法，解决了现有技术中成本高、不利于小型化设备制造、以及传统外延技术得到的器件质量不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种全光单片集成光电器件，包括p型GaAs衬底，以及依次形成于p型GaAs衬底上的GaInP/AlGaInP有源区量子阱、n型GaAs接触层、n型GaN接触层、GaN／InGaN有源区量子阱和p型GaN接触层，所述全光单片集成光电器件为单片集成的单个器件。

优选的，在上述的全光单片集成光电器件中，所述n型GaN接触层键合形成于所述n型GaAs接触层表面。

优选的，在上述的全光单片集成光电器件中，所述全光单片集成光电器件为LED或光伏电池。

相应地，本发明还公开了一种全光单片集成光电器件的制作方法，包括：

s1、在p型GaAs衬底上依次生长GaInP/AlGaInP有源区量子阱和n型GaAs接触层，获得GaAs晶片；

s2、在蓝宝石衬底上依次生长p型GaN接触层、GaN／InGaN有源区量子阱和n型GaN接触层，获得GaN晶片；

s3、将n型GaAs接触层和n型GaN接触层进行键合；

s4、剥离蓝宝石衬底。

优选的，在上述的全光单片集成光电器件的制作方法中，所述步骤s1中，所述GaInP/AlGaInP有源区量子阱通过分子束外延方法生长于p型GaAs衬底上，生长温度控制为610~730℃，生长压力控制为4~8MPa。

优选的，在上述的全光单片集成光电器件的制作方法中，所述步骤s3中，键合前还包括：将GaAs晶片和GaN晶片依次在三氯乙烯／丙酮／乙醇中超声清洗，并在HC1溶液中浸泡去除表面氧化物，最后用去离子水清洗。

优选的，在上述的全光单片集成光电器件的制作方法中，所述HC1溶液中，Hcl与H₂O的体积比为1:5。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用GaN/GaAs键合方法提供一种全光GaN/GaInP/GaAs（3.5/1.9/1.4 ev）集成单片器件及其制作方法，中间层GaInP的带隙为1.9ev波长在红光范围内， GaN/GaInP/GaAs（3.5/1.9/1.4 ev）集成单片器件可以实现对全光的吸收利用，并且将不同带隙能量的激光器（LED）集成起来，制备成单片集成的单个器件，在应用上更加的方便实用。全光单片集成光电器件是利用直接键合方法通过掺杂浓度和退火时间的选择对界面电阻的影响，有效地将GaN/GaAs(3.5/1.4 ev)的两种带隙能量相差较大的材料结合起来，解决了因晶格不同而产生的失配问题。将二代半导体GaAs材料与三代半导体GaN材料进行了有效结合，与现有技术相比还减少了机械式连接中使用多个不同衬底所导致的高成本，实现了降低成本、工艺简化的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。