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CN104638070A - 一种光电器件的制备方法 - Google Patents

一种光电器件的制备方法 Download PDF

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王良均
吴超瑜
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Abstract

本发明公开了一种光电器件的制备方法，在衬底载入反应室之后和生长外延层之前，对衬底进行UVLED处理，有效降低衬底在放入载片盘和载入反应室过程中引起的表面有机或/和无机物污染，保证在生长外延层前表面清洁，避免外延层生长后表面缺陷的产生；在所述UVLED处理后的衬底上生长N型、有源和P型外延层，在各外延层生长过程中同时进行UVLED处理，有效降低各掺杂或非掺AlInGaN、AlGaInP、AlGaInAs多元外延层中的点缺陷，提升晶体质量，同时可打断P型层的Mg-H钝化键，因此可以有效提升N型和P型层自由载流子浓度和迁移率，提升有源区效率，进而提高光电器件的性能，适用于半导体光电器件。

Description

一种光电器件的制备方法
技术领域
本发明属于半导体光电技术领域，具体涉及一种光电器件的制备方法。
背景技术
随着半导体光电器件（例如发光二极管和太阳能电池）应用的越来越广泛，进一步提高其光电性能已成为业界的研究重点。传统外延层生长，由于缺陷多，影响晶体生长质量，影响载流子迁移率，进而影响器件性能，并且，衬底在放入载片盘和载入反应室的过程中可能会引起表面污染，在外延层生长后会造成表面缺陷，因此，有必要发明一种新的外延生长方法来改善以上问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种光电器件的制备方法，不仅保证衬底在外延层生长前清洁，避免造成表面缺陷，并且可以减少外延层缺陷，提升晶体质量，提升载流子迁移率，从而提高器件的性能。
一种光电器件的制备方法，包括以下步骤：（1）提供一衬底；（2）在所述衬底载入反应室之后和生长外延层之前，对衬底进行UV处理；（3）在所述经过UV处理的衬底上生长N型外延层，在N型外延层生长过程中同时进行UV处理；（4）在所述经过UV处理同时生长的N型外延层之上生长有源外延层，在有源外延层生长过程中同时进行UV处理；（5）在所述经过UV处理同时生长的有源外延层之上生长P型外延层，在P型外延层生长过程中同时进行UV处理；（6）在所述经过UV处理同时生长的N型和P型外延层上分别制作N电极和P电极。
优选地，所述衬底选用蓝宝石或SiC或Si或GaN或GaAs或GaP，对所述衬底进行UV处理的时间为0.1~10 min，UV光源为UVLED，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2，UVLED处理衬底过程中的UVLED波长和光强均可调节。
优选地，所述经过UVLED处理的衬底上生长的N型外延层为N掺杂的AlInGaN或AlGaInP或AlGaInAs的四元或三元或二元外延层或其任意组合。
优选地，所述经过UV处理同时生长的N型外延层之上生长的有源外延层为N或P或非掺杂的AlInGaN或AlGaInP或AlGaInAs的四元或三元或二元外延层或其任意组合，可以为量子阱或量子点或单层或其任意组合结构。
优选地，所述经过UV处理同时生长的有源外延层之上生长的P型外延层为P掺杂的AlInGaN或AlGaInP或AlGaInAs的四元或三元或二元外延层或其任意组合。
优选地，所述在各外延层生长过程中同时进行UV处理的UV光源为UVLED，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2，同层外延层或不同外延层生长过程中的UVLED波长和光强均可调节。
优选地，所述采用本发明外延生长方法制备的光电器件为发光二极管或太阳能电池或激光二极管或场效应管器件。
本发明所述的光电器件的制备方法，至少具有以下有益效果：
（1）在衬底载入反应室之后和生长外延层之前，对衬底进行UV处理，UV光源为UVLED，可以有效降低衬底在放入载片盘和载入反应室的过程中引起的表面有机或/和无机物污染，保证在生长外延层前表面清洁，避免外延层生长后表面缺陷的产生；
（2）进一步地，在UVLED处理后的衬底上生长N型、有源和P型外延层，在各外延层生长过程中同时进行UV处理，UV光源为UVLED，可以有效降低各掺杂或非掺AlInGaN、AlGaInP、AlGaInAs多元外延层中的点缺陷，提升晶体质量，同时可打断P型层的Mg-H钝化键，因此可以有效提升N型和P型层自由载流子浓度和迁移率，提升有源区效率，进而提高光电器件的性能，适用于半导体光电器件。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为本发明实施例1提供的发光二极管器件的制备方法的剖面示意图。
图2为本发明实施例2提供的太阳能电池器件的制备方法之的剖面示意图。
图中标示：
100：衬底； 101：缓冲层；102：N型外延层；103：有源发光外延层；104：P型外延层；105：N电极；106：P电极；107：绝缘保护层；108：UVLED光。
200：衬底； 201：缓冲层；202：N型外延层；203：有源光吸收外延层；204：P型外延层；205：N电极；206：P电极；207：绝缘保护层；208：UVLED光。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的光电器件的制备方法的优选实施例进行更详细的描述。
实施例1
如图1所示，一种发光二极管器件的制备方法的剖面示意图，包括以下步骤：
（1）提供一衬底100，所述衬底选用Al2O3、SiC、Si或GaN，本实施例优选Al2O3衬底；
（2）在所述衬底100载入反应室之后和生长外延层之前，对衬底进行UV处理，UV光源为UVLED，UVLED处理的时间为0.1~10 min，UVLED波长为1~380nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（3）在所述经过UVLED处理的衬底100之上生长缓冲层101，缓冲层101为氮化镓（GaN）和/或氮化铝（AlN）层或其任意组合，厚度为5~50nm，在所述缓冲层101生长过程中同时进行UV处理，UV光源为UVLED，UVLED波长为1~380nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（4）在所述经过UVLED处理同时生长的缓冲层101之上生长N型外延层102，N型外延层102为N掺杂的AlInGaN的四元或三元或二元外延层或其任意组合，生长厚度为10~10000 nm，掺杂浓度为1×1018~1×1021cm-3，掺杂源优选SiH4，在所述N型外延层102生长过程中同时进行UVLED处理，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（5）在所述经过UVLED处理同时生长的N型外延层102之上生长有源发光外延层103，所述有源发光外延层103为N或P或非掺杂的AlInGaN的四元或三元或二元外延层或其任意组合，可以为量子阱或量子点或单层或其任意组合结构，在所述有源发光外延层103生长过程中同时进行UVLED处理，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（6）在所述经过UVLED处理同时生长的有源发光外延层103之上生长P型外延层104，P型外延层104为P掺杂的AlInGaN的四元或三元或二元外延层或其任意组合，厚度为50~300nm，掺杂浓度为1×1019~1×1021cm-3，掺杂源优选CP2Mg，在所述P型外延层104生长过程中同时进行UVLED处理，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（7）在所述经过UVLED处理同时生长的N型外延层102和P型外延层104上分别制作N电极105和P电极106。
（8）在裸露的外延层之上制作绝缘保护层107，用于保护外延层，如此完成发光二极管器件的制备。
实施例2
如图2所示，一种太阳能电池器件的制备方法的剖面示意图，包括以下步骤：
（1）提供一衬底200，所述衬底选用Al2O3、SiC、Si或GaN，本实施例优选Al2O3衬底；
（2）在所述衬底200载入反应室之后和生长外延层之前，对衬底进行UV处理，UV处理的时间为0.1~10 min，UV光源为UVLED，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（3）在所述经过UVLED处理的衬底200之上生长缓冲层201，缓冲层201为氮化镓（GaN）和/或氮化铝（AlN）层或其任意组合，厚度为5~50nm，在所述缓冲层201生长过程中同时进行UV处理，UV光源为UVLED，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（4）在所述经过UVLED处理同时生长的缓冲层201之上生长N型外延层202，N型外延层202为N掺杂的AlInGaN的四元或三元或二元外延层或其任意组合，生长厚度为10~10000 nm，掺杂浓度为1×1018~1×1021cm-3，掺杂源优选SiH4，在所述N型外延层202生长过程中同时进行UVLED处理，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（5）在所述经过UVLED处理同时生长的N型外延层202之上生长有源光吸收外延层203，所述有源光吸收外延层203为N或P或非掺杂的AlInGaN的四元或三元或二元外延层或其任意组合，可以为量子阱或量子点或单层或其任意组合结构，在所述有源光吸收外延层203生长过程中同时进行UVLED处理，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（6）在所述经过UVLED处理同时生长的有源光吸收外延层203之上生长P型外延层204，P型外延层204为P掺杂的AlInGaN的四元或三元或二元外延层或其任意组合，厚度为50~300nm，掺杂浓度为1×1019~1×1021cm-3，掺杂源优选CP2Mg，在所述P型外延层204生长过程中同时进行UVLED处理，UVLED波长为1~380 nm，UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2；
（7）在所述经过UVLED处理同时生长的N型外延层202和P型外延层204上分别制作N电极205和P电极206。
（8）在裸露的外延层之上制作绝缘保护层207，用于保护外延层，如此完成太阳能电池器件的制备。
通过上述外延生长方法制备的光电器件，在衬底载入反应室之后和生长外延层之前，对衬底进行UVLED处理，可以有效降低衬底在放入载片盘和载入反应室过程中引起的表面有机或/和无机物污染，保证在生长外延层前表面清洁，避免外延层生长后表面缺陷的产生；进一步地，在所述UVLED处理后的衬底上生长N型、有源和P型外延层，在各外延层生长过程中同时进行UVLED处理，可以有效降低各掺杂或非掺AlInGaN、AlGaInP、AlGaInAs多元外延层中的点缺陷，提升晶体质量，同时可打断P型层的Mg-H钝化键，因此可以有效提升N型和P型层自由载流子浓度和迁移率，提升有源区效率，进而提高光电器件的性能，适用于半导体光电器件。
以上表示了本发明的优选实施例，应该理解的是，本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，以上描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光电器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供一衬底；
（2） 在所述衬底载入反应室之后和生长外延层之前，对衬底进行UV处理；
（3）在所述经过UV处理的衬底上生长N型外延层，在N型外延层生长过程中同时进行UV处理；
（4）在所述经过UV处理同时生长的N型外延层之上生长有源外延层，在有源外延层生长过程中同时进行UV处理；
（5）在所述经过UV处理同时生长的有源外延层之上生长P型外延层，在P型外延层生长过程中同时进行UV处理；
（6）在所述经过UV处理同时生长的N型和P型外延层上分别制作N电极和P电极。
2.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：所述衬底为Al2O3或SiC或Si或GaN或GaAs或GaP。
3.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：对所述衬底进行UV处理的时间为0.1~10 min。
4.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：对所述衬底进行UV处理的UV光源为UVLED，UVLED波长为1~380 nm，UVLED处理衬底过程中的UVLED波长可调节。
5.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：对所述衬底进行UV处理的UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2，UVLED处理衬底过程中的UVLED光强可调节。
6.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：所述经过UVLED处理的衬底上生长的N型外延层为N掺杂的AlInGaN或AlGaInP或AlGaInAs的四元或三元或二元外延层或其任意组合。
7.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：所述经过UVLED处理同时生长的N型外延层上生长的有源外延层为N或P或非掺杂的AlInGaN或AlGaInP或AlGaInAs的四元或三元或二元外延层或其任意组合，可以为量子阱或量子点或单层或其任意组合结构。
8.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：所述经过UVLED处理同时生长的有源外延层上生长的P型外延层为P掺杂的AlInGaN或AlGaInP或AlGaInAs的四元或三元或二元外延层或其任意组合。
9.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：所述在各外延层生长过程中同时进行UV处理的UV光源为UVLED，UVLED波长为1~380 nm，同层外延层或不同外延层生长过程中的UVLED波长可调节。
10.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：所述在各外延层生长过程中同时进行UV处理的UVLED光强为0.1~1 000 000 mW/cm2，同层外延层或不同外延层生长过程中的UVLED光强可调节。
11.根据权利要求1所述的光电器件的制备方法，其特征在于：所述采用本发明外延生长方法制备的光电器件为发光二极管或太阳能电池或激光二极管或场效应管器件。
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