CN102376817A

CN102376817A - 一种半导体光电器件的制备方法

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Publication number: CN102376817A
Application number: CN2010102514336A
Authority: CN
Inventors: 王浩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明公开了一种半导体光电器件的制备方法，包括以下步骤：1)、选择一种衬底；2)、用外延、结晶、溅射、蒸镀、旋涂、粘结、焊接、键合、化学腐蚀或刻蚀的方法在衬底上制得半导体同质结或异质结；3)、在半导体同质结或异质结的顶端或底端生成有电极，使衬底、半导体同质结或异质结与电极构成整个半导体器件。本发明可以提供多种带宽的半导体节，可以覆盖较宽的工作光谱范围，而且制备于不同的有特殊结构的衬底之上，把平面膜结构和纳米线的制备长处、工作特性上的优势结合在一起，以实现功能更广泛的半导体光电器件结构。

Description

一种半导体光电器件的制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体光电器件的制备方法，属于半导体器件制备领域。

背景技术

由于半导体材料制备技术的突破，特别是随着纳米尺寸的半导体晶体外延制备技术的突破，半导体材料的质量、性能都有了重大突破，使得其在光电器件方面的应用越来越多。太阳能方面的专利如：申请号为200780048752的活性区域带有具有能量阱的纳米结构的太阳能电池、桑迪奥德公司的詹姆斯.C.金等于2007年申请，涉及的是一种用于具有渐变能量阱的太阳能电池的方法及设备。所述太阳能电池的活性区域包含纳米结构。所述纳米结构由包含Ⅲ-Ⅴ化合物半导体及改变所述Ⅲ-Ⅴ化合物半导体的带隙的元素的材料形成。不过这个专利主要是活性区域本身的结构是纳米的，没有涉及整个器件结构是否为同质结、异质结纳米结构，也没有提及对衬底要求。另一项专利：北京理工大学姜澜等2009年申请的专利申请号为200910082827的一种氮化镓太阳能同位素复合型微电池及其制作方法，是关于一种氮化镓太阳能同位素复合型微电池及其制作方法。本发明的制作方法首先在基底的一侧镀制一层光学增透膜，然后在基底另一侧利用金属有机物化学气象沉淀工艺，依次生长两个背靠背PN结，最后在P N结外侧固定同位素放射层。没有涉及整个器件结构是否为同质结、异质结纳米结构，也没有提及对衬底要求。还有专利如：专利号为200510048197的一种高纯度氮化镓纳米线的制备方法和专利号为200510048111的一种无机化合物氮化镓纳米线的制取方法，由太原理工大学许并社等于2005年分别申请，发明都是为一种高纯度氮化镓纳米线的制备生成方法，没有涉及整个器件结构是否为同质结、异质结纳米结构，也没有提及对衬底要求。专利号的200710173110的采用干法刻蚀制备氮化镓纳米线阵列的方法，涉及了一种利用干法刻蚀氮化镓纳米线阵列的方法，其特征在于采用了金属Ni纳米粒子点阵作为掩膜，而Ni纳米粒子点阵是通过阳极氧化铝来制作的。所制作的GaN纳米线阵列也适合于如LED或LD光电器件的制作。其专利的器件结构为纳米结构，但是也没有提及对衬底要求。而且没有异质结或者同质结的专利要求。专利号为200710062978的单结铟镓氮太阳能电池结构及制作方法，是关于一种单结铟镓氮太阳能电池结构，其特征在于低温氮化镓成核层制作在衬底的上面，该成核层可增加衬底表面的成核密度；和一非有意掺杂氮化镓缓冲层，减少外延层的缺陷密度，提高晶体质量；没有涉及整个器件结构是否为同质结、异质结纳米结构，也没有提及对衬底要求。专利号为200780016946的GAN纳米线的脉冲式生长及在族Ⅲ氮化物半导体衬底材料中的应用和器件，涉及GAN纳米线的脉冲式生长及在族Ⅲ氮化物半导体衬底材料中的应用和器件。典型实施例提供包含高质量(也即无缺陷)的族Ⅲ-N纳米线的半导体器件和一致的族Ⅲ-N纳米线阵列以及其可定标的制造过程，其中每个纳米线的位置、取向、截面特征、长度和结晶度可以精确地被控制。可以使用脉冲式生长模式来制造所公开的族Ⅲ-N纳米线和/或纳米阵列。但是没有提及对衬底要求。而且没有异质结或者同质结的专利要求。中山大学任山等专利号的200610035749的多层结构纳米线阵列及其制备方法，所述的纳米线结构为金属/半导体或半导体/半导体相互交替排列的多层纳米线，没有提及衬底要求。中山大学杨国伟2007年申请的专利号为200710027353的一种异质p-n结纳米线阵列及其制备方法和应用，发明了一种在高温高压环境中利用脉冲激光沉积技术制备异质p-n结纳米线阵列及其制备方法，没有提及衬底要求。2002年陈兴的专利号为02118371的纳米线发光元件及显示装置，此发明将半导体材料制作成纳米单晶线或纳米单晶柱，将纳米线成长在透明导电基板(或镀有透明导电膜的玻璃基板)上并制作成P、N介面的结构，没有提及衬底要求。2008年北京师范大学的彭奎庆的专利号为200810088803的一种硅纳米线太阳能电池装置公开了在n型有机物半导体薄膜层和P型硅基底层之间含有p型纳米硅线阵列层的太阳能转换装置，没有提及衬底要求。武汉大学方国家2006申请的申请号为CN200610124505.4的一种n-硅纳米线/p-导电有机物异质pn结二极管及其制备方法，以及申请号为CN200610019782.9的一种基于硅纳米线的异质pn结二极管及其制备方法，以及申请号为CN200610019781.4一种硅纳米线同质pn结二极管及其制备方法等专利，提及了在硅片制备具有硅纳米线的同质异质结，不过没有提及衬底要求。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺点，提供一种半导体光电器件的制备方法。

本发明可以通过采取以下技术方案予以实现：

一种半导体光电器件的制备方法，包括以下步骤：

1)、选择一种衬底；

2)、用外延、结晶、溅射、蒸镀、旋涂、粘结、焊接、键合、化学腐蚀或刻蚀的方法在衬底上制得半导体同质结或异质结；

3)、在半导体同质结或异质结的顶端或底端生成有电极，使衬底、半导体同质结或异质结与电极构成整个半导体器件。

在上述基础上，本发明所述衬底表面镀有导电层或电介质层。

所述衬底采用单晶、多晶、非晶、多层薄膜或多层结结构，且每层薄膜或者结的厚度从0.1纳米到100微米。

所述衬底上具有半导体同质结或异质结结构，结的数量为1或多个。

所述衬底是SiC、石墨、金刚石、蓝宝石、LiNoO₂、CuInSe₂、AlN、GaN、InN、GaInN、GaAlN、GaAlInN、AlInP、GaAlInP、GaInP、InP、GaP、GaNP，InNP，InAlAsN，AlP、GaAs、InGaAsN、GaAsN，InAsN，InGaAs、InGaAsP、AlGaP、AlAs、CdSe、ZnS、MgO、ZnO、Si、Ge、BeSeTe，BeMgS，BeMgSeS，ZnTeSeS，MgTeSeS，MgSe或MgTe中的一种或几种。

所述半导体同质结或异质结采用轴向结构或同轴结构，结的数量为1或多个。

所述半导体同质结或异质结是渐变结或突变结。

所述半导体同质结或异质结采用轴向结构或同轴结构的纳米线、纳米柱、纳米棒、纳米管或管状阵列、棒状阵列，线状阵列，所述线状阵列之间的间距是1纳米～1厘米，线状阵列的长度是1纳米～10厘米，直径是1纳米～200厘米，纳米线中的结的厚度为0.1纳米到100微米。

所述半导体同质结或异质结之间存在有机填充物、电介质膜或金属膜，以起到绝缘、导电或者增加光吸收、光折射、光耦合的作用。

所述半导体同质结或异质结是SiC、石墨、金刚石、蓝宝石、LiNoO₂、CuInSe₂、AlN、GaN、InN、GaInN、GaAlN、GaAlInN、AlInP、GaAlInP、GaInP、InP、GaP、GaNP，InNP，InAlAsN，AlP、GaAs、InGaAsN、GaAsN，InAsN，InGaAs、InGaAsP、AlGaP、AlAs、CdSe、ZnS、MgO、ZnO、Si、Ge、BeSeTe，BeMgS，BeMgSeS，ZnTeSeS，MgTeSeS，MgSe或MgTe中的一种或几种。

所述顶部电极为透明金属膜、透明半导体材料，或半导体材料和金属膜的多层结构中的一种。

所述电极是金属、GaN、ZnO、MgO、SnO2:F或ITO中的一种

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明可以提供多种带宽的半导体节，可以覆盖较宽的工作光谱范围，而且制备于不同的有特殊结构的衬底之上，把平面膜结构和纳米线的制备长处、工作特性上的优势结合在一起，以实现功能更广泛的半导体光电器件结构。

附图说明

图1是本发明的半导体光电器件的制备流程图。

图2是本发明的轴向结构半导体光电器件示意图。

图3是本发明的同轴结构半导体光电器件的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细描述。

实施例1

如图1、图2所示，本发明的半导体光电器件的制备方法，包括以下步骤：

首先，选择一种具有半导体多层同质结的Si作为衬底1；然后，用外延、结晶、溅射、蒸镀、旋涂、粘结、焊接、键合、化学腐蚀或刻蚀的方法在衬底1上生成GaN/GaInN纳米线多层同质结/异质结构2，此结构在与衬底结合处有若干层厚度极薄的掺杂层，最后在结构上生成透明金属膜的顶部电极3，使衬底1、半导体同质结或异质结2与电极构成整个半导体器件。

实施例2

如图1、图3所示，本发明的半导体光电器件的制备方法包括以下步骤：首先，选择一种具有半导体多层同质结/异质结的GaN(n)/GaN(p)/tunnelingjunction/GaInN(n)/GaInN(p)作为衬底1；然后，采用选择性外延、或选择性刻蚀的方法生成多层GaAs/GaInP纳米线同轴异质结构2，并使外层的纳米线与衬底之间用电介质材料薄膜4隔开；最后，在电介质材料薄膜4上镀上透明金属膜的电极3，使衬底1、半导体同质结或异质结2与电极3构成整个半导体器件。

其他实施例

在实施例2的基础上，本实施例所述衬底采用多晶、非晶、多层薄膜或多层结结构，且每层薄膜或者结的厚度从0.1纳米到100微米，衬底材料可以是SiC、石墨、金刚石、蓝宝石、LiNoO₂、CuInSe₂、AlN、GaN、InN、GaInN、GaAlN、GaAlInN、AlInP、GaAlInP、GaInP、InP、GaP、GaNP，InNP，InAlAsN，AlP、GaAs、InGaAsN、GaAsN，InAsN，InGaAs、InGaAsP、AlGaP、AlAs、CdSe、ZnS、MgO、ZnO、Si、Ge、BeSeTe，BeMgS，BeMgSeS，ZnTeSeS，MgTeSeS，MgSe或MgTe中的一种或几种；所述半导体同质结或异质结采用轴向结构或同轴结构的渐变结或突变结，且结的数量为1到多个，其材料是SiC、石墨、金刚石、蓝宝石、LiNoO₂、CuInSe₂、AlN、GaN、InN、GaInN、GaAlN、GaAlInN、AlInP、GaAlInP、GaInP、InP、GaP、GaNP，InNP，InAlAsN，AlP、GaAs、InGaAsN、GaAsN，InAsN，InGaAs、InGaAsP、AlGaP、AlAs、CdSe、ZnS、MgO、ZnO、Si、Ge、BeSeTe，BeMgS，BeMgSeS，ZnTeSeS，MgTeSeS，MgSe或MgTe中的一种或几种；所述电极为透明半导体材料，或半导体材料和金属膜的多层结构中的一种，其材料为金属、GaN、ZnO、MgO、SnO2:F或ITO中的一种。本发明也可以根据需要在生成同质结或异质结与电极时，镀上金属膜后去掉衬底，使最终形成一个光电器件。

本发明可以提供多种带宽的半导体节，可以覆盖较宽的工作光谱范围，而且制备于不同的有特殊结构的衬底之上，把平面膜结构和纳米线的制备长处、工作特性上的优势结合在一起，以实现功能更广泛的半导体光电器件结构。

Claims

1.一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、选择一种衬底(1)；

2)、用外延、结晶、溅射、蒸镀、旋涂、粘结、焊接、键合、化学腐蚀或刻蚀的方法在衬底(1)上制得半导体同质结或异质结(2)；

3)、在半导体同质结或异质结的顶端或底端生成有电极(3)，使衬底、半导体同质结或异质结(2)与电极(3)构成整个半导体器件。

2.根据权利要求1所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述衬底(1)表面镀有导电层或电介质层(4)。

3.根据权利要求2所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述衬底(1)采用单晶、多晶、非晶、多层薄膜或多层结结构，且每层薄膜或者结的厚度为0.1纳米到100微米。

4.根据权利要求3所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述的衬底(1)是半导体同质结或异质结是渐变结或突变结。

5.根据权利要求4所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述衬底(1)是SiC、石墨、金刚石、蓝宝石、LiNoO₂、CuInSe₂、AlN、GaN、InN、GaInN、GaAlN、GaAIInN、AlInP、GaAlInP、GaInP、InP、GaP、GaNP，InNP，InAlAsN，AlP、GaAs、InGaAsN、GaAsN，InAsN，InGaAs、InGaAsP、AlGaP、AlAs、CdSe、ZnS、MgO、ZnO、Si、Ge、BeSeTe，BeMgS，BeMgSeS，ZnTeSeS，MgTeSeS，MgSe或MgTe中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述半导体同质结或异质结(2)采用轴向结构或同轴结构的纳米线、纳米柱、纳米棒、纳米管或管状阵列、棒状阵列，线状阵列，所述线状阵列之间的间距是1纳米～1厘米，线状阵列的长度是1纳米～10厘米，直径是1纳米～200厘米，纳米线中的结的厚度从0.1纳米到100微米。

7.根据权利要求6所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述半导体同质结或异质结(2)之间存在有机填充物、电介质膜或金属膜。

8.根据权利要求7所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述半导体同质结或异质结(2)是SiC、石墨、金刚石、蓝宝石、LiNoO₂、CuInSe₂、AlN、GaN、InN、GaInN、GaAlN、GaAlInN、AlInP、GaAlInP、GaInP、InP、GaP、GaNP，InNP，InAlAsN，AlP、GaAs、InGaAsN、GaAsN，InAsN，InGaAs、InGaAsP、AlGaP、AlAs、CdSe、ZnS、MgO、ZnO、Si、Ge、BeSeTe，BeMgS，BeMgSeS，ZnTeSeS，MgTeSeS，MgSe或MgTe中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述电极(3)为透明金属膜、透明半导体材料，或半导体材料和金属膜的多层结构中的一种或几种。

10.根据权利要求9所述的一种半导体光电器件的制备方法，其特征在于所述电极(3)是金属、GaN、ZnO、MgO、SnO2:F或ITO中的一种或几种。