CN111628022A - GaAs基光电器件及其阵列的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种GaAs基光电器件及GaAs基光电器件阵列的制备方法，GaAs基光电器件从下至上依次包括：金属基板组件；背电极层；背电极欧姆接触层；间道腐蚀阻挡层；GaAs有源层；顶电极欧姆接触层；顶电极层。制备方法包括步骤：1)，提供一个GaAs基光电器件外延片，其包括衬底，衬底腐蚀阻挡层，背电极欧姆接触层，间道腐蚀阻挡层，GaAs有源层，顶电极欧姆接触层；2)，在顶电极欧姆接触层上制备顶电极层；3)，形成间道沟槽；4)，将过渡基板粘附在顶电极层上；5)，移除衬底和衬底腐蚀阻挡层；6)，在背电极欧姆接触层上制备背电极层；7)，在背电极层上制备金属基板组件；8)，移除过渡基板。GaAs基光电器件散热能力好，制备方法提高了成品率。

Description

GaAs基光电器件及其阵列的制备方法

技术领域

本发明涉及光电器件，具体涉及一种GaAs基光电器件及其阵列的制备方法。

背景技术

光电器件具有平面型和垂直型两种不同的结构。平面型结构是指光电器件的顶电极和背电极位于光电转换层的同一侧，但位于同一侧的两个电极减小了光电器件的入射光或出射光的窗口面积，从而降低了其光电转换性能。垂直型结构是指光电器件的两个电极位于光电转换层的相对两侧，对其窗口面积的影响较小。另外垂直型结构的光电器件中的电流方向垂直光电转换层，减小了电流阻塞作用。

在垂直型的GaAs基光电器件中，GaAs衬底具有某些缺陷。GaAs衬底的导热性较差、导电性低，对波长小于870nm(GaAs衬底带隙对应的波长)的光的吸收率很高，且GaAs衬底厚度大、易碎、无法折叠和弯曲。

为了提高垂直型GaAs基光电器件的性能，则将原始衬底去除并制备金属衬底。由于金属键合的方法对外延片的洁净度、弯曲度、平坦度等要求高，且较高的键合温度会破坏器件，从而导致成品率低。

通常同一片衬底之上可以同时制备多个器件，该多个器件需要通过后期分离成为分立子器件，分离方法可以采用湿法腐蚀、干法刻蚀和激光切割等方法。

采用湿法腐蚀的方法腐蚀间道进行器件分离时，难以避免衬底上的外延层被腐蚀完全从而贯穿，使得在进行后期工艺步骤时损坏器件，导致器件的成品率降低。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种GaAs基光电器件，所述GaAs基光电器件从下至上依次包括：

金属基板组件；

背电极层；

背电极欧姆接触层；

间道腐蚀阻挡层；

GaAs有源层；

顶电极欧姆接触层；

顶电极层。

优选的，所述金属基板组件呈柔性，其包括金属基板和打底金属层。

优选的，所述金属基板是通过电镀或蒸发多层不同金属层叠形成。

优选的，所述间道腐蚀阻挡层为InGaP、InAlP或Al_xGa_(1-x)As，x≥0.4。

优选的，所述GaAs基光电器件还包括：位于所述间道腐蚀阻挡层和GaAs有源层之间的背场层，以及位于所述GaAs有源层和顶电极欧姆接触层之间的窗口层，所述背场层和窗口层的禁带宽度都大于所述GaAs有源层的禁带宽度。

优选的，所述顶电极欧姆接触层的其中一个与所述顶电极层相接触的表面具有图形结构，所述背电极欧姆接触层的其中一个与所述背电极层相接触的表面具有图形结构。

优选的，所述GaAs基光电器件还包括：

第一介质层，所述第一介质层和顶电极层位于所述顶电极欧姆接触层的表面上，且所述第一介质层的折射率在空气和所述顶电极欧姆接触层的折射率之间；以及

第二介质层，所述第二介质层位于所述金属基板组件和背电极欧姆接触层之间，且所述第二介质层的折射率在空气和所述背电极欧姆接触层的折射率之间。

本发明提供了一种GaAs基光电器件阵列的制备方法，所述制备方法依次包括下列步骤：

步骤1)，提供一个GaAs基光电器件外延片，其从下至上依次包括衬底，衬底腐蚀阻挡层，背电极欧姆接触层，间道腐蚀阻挡层，GaAs有源层，顶电极欧姆接触层；

步骤2)，在所述顶电极欧姆接触层上制备顶电极层，所述顶电极层包括多组顶电极，且所述多组顶电极中相邻顶电极之间具有隔离间道；

步骤3)，沿垂直于所述衬底的方向，从所述隔离间道开始将所述顶电极欧姆接触层腐蚀直到所述间道腐蚀阻挡层的表面处时停止腐蚀以形成间道沟槽；

步骤4)，将过渡基板粘附在所述顶电极层上；

步骤5)，移除所述衬底和衬底腐蚀阻挡层；

步骤6)，在所述背电极欧姆接触层上制备背电极层；

步骤7)，在所述背电极层上制备金属基板组件；

步骤8)，移除所述过渡基板；

步骤9)，沿所述间道沟槽的方向进行分片。

优选的，在所述步骤1)中，所述衬底腐蚀阻挡层或间道腐蚀阻挡层为InGaP、InAlP或Al_xGa_(1-x)As，x≥0.4。

优选的，生长所述金属基板组件包括在所述背电极层的表面上依次生长打底金属层和多个金属基板，所述多个金属基板中相邻金属基板之间具有隔离墙。优选的，生长所述多个金属基板是通过电镀或蒸发多层不同的金属层形成。

优选的，在所述步骤1)中，所述GaAs基光电器件外延片还包括位于所述间道腐蚀阻挡层和GaAs有源层之间的背场层，以及位于所述GaAs有源层和顶电极欧姆接触层之间的窗口层，所述背场层和窗口层的禁带宽度都大于所述GaAs有源层的禁带宽度。

优选的，在所述步骤1)和步骤2)之间包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面形成图形结构；在所述步骤5)和步骤6)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面形成图形结构。

优选的，在所述步骤2)和步骤3)之间还包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面上未被所述顶电极层覆盖和所述隔离间道之外的区域制备介质层；在所述步骤6)和步骤7)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面上未被所述背电极层覆盖的区域制备介质层。

本发明还提供了一种GaAs基光电器件阵列的制备方法，所述制备方法依次包括下列步骤：

步骤1)，提供一个GaAs基光电器件外延片，其从下至上依次包括衬底，衬底腐蚀阻挡层，顶电极欧姆接触层，GaAs有源层，间道腐蚀阻挡层，背电极欧姆接触层；

步骤2)，在背电极欧姆接触层上制备背电极层；

步骤3)，在所述背电极层上制备金属基板组件；

步骤4)，将过渡基板粘附在所述金属基板组件上；

步骤5)，移除所述衬底和衬底腐蚀阻挡层；

步骤6)，在所述顶电极欧姆接触层上制备顶电极层，所述顶电极层包括多组顶电极，且所述多组顶电极中相邻顶电极之间具有隔离间道；

步骤7)，沿垂直于所述衬底的方向，从所述隔离间道开始将所述顶电极欧姆接触层腐蚀直到所述间道腐蚀阻挡层的表面处时停止腐蚀以形成间道沟槽；

步骤8)，移除所述过渡基板；

步骤9)，沿所述间道沟槽的方向进行分片。

优选的，在所述步骤1)中，所述衬底腐蚀阻挡层或间道腐蚀阻挡层为InGaP、InAlP或Al_xGa_(1-x)As，x≥0.4。

优选的，生长所述金属基板组件包括在所述背电极层的表面上依次生长打底金属层和多个金属基板，所述多个金属基板中相邻金属基板之间具有隔离墙。生长所述多个金属基板是通过电镀或蒸发多层不同的金属层形成。

优选的，在所述步骤1)中，所述GaAs基光电器件外延片还包括位于所述间道腐蚀阻挡层和GaAs有源层之间的背场层，以及位于所述GaAs有源层和顶电极欧姆接触层之间的窗口层，所述背场层和窗口层的禁带宽度都大于所述GaAs有源层的禁带宽度。

优选的，在所述步骤1)和步骤2)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面形成图形结构；在所述步骤5)和步骤6)之间还包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面形成图形结构。

优选的，在所述步骤2)和步骤3)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面上未被背电极覆盖的区域制备介质层；在所述步骤6)和步骤7)之间还包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面上未被电极层覆盖和所述隔离间道之外的区域制备介质层。

本发明的GaAs基光电器件中的金属基板组件具有良好的导热性和散热性，提高了GaAs基光电器件的散热能力，同时具有提高反射的作用，有利于提升其性能。

金属基板组件为柔性，适于被弯曲和折叠，并被构造为各种所需的形状。

间道腐蚀阻挡层避免了制造工艺中导致GaAs基光电器件短路、损坏，提高了成品率。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是本发明第一个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。

图2是本发明第一个实施例的步骤2得到的GaAs基光电器件结构阵列的俯视图。

图3是本发明第一个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图4是图3所示的GaAs基光电器件结构阵列的俯视图。

图5是本发明第一个实施例的步骤4得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图6是本发明第一个实施例的步骤5得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图7是本发明第一个实施例的步骤7得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图8是本发明第一个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。

图9是本发明第二个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。

图10是本发明第二个实施例的GaAs基光电器件的剖面示意图。

图11是本发明第三个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。

图12是本发明第三个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图13是在本发明第三个实施例的GaAs基光电器件结构阵列的背电极欧姆接触层的表面形成图形结构后的剖面示意图。

图14是本发明第三个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。

图15是在本发明第四个实施例的GaAs基光电器件结构阵列的顶电极层的表面制备介质层后的剖面示意图。

图16是本发明第四个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。

图17是本发明第五个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。

图18是本发明第五个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图19是本发明第五个实施例的步骤4得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图20是本发明第五个实施例的步骤7得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图21是本发明第五个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。

图22是本发明第六个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。

图23是本发明第六个实施例的GaAs基光电器件的剖面示意图。

图24是本发明第七个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。

图25是本发明第七个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。

图26是在本发明的第七个实施例的顶电极欧姆接触层的表面形成图形结构后的剖面示意图。

图27是本发明第七个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。

图28是在本发明第八个实施例的GaAs基光电器件结构阵列的背电极欧姆接触层的表面制备介质层后的剖面示意图。

图29是本发明第八个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。为了方便叙述和便于理解，以下剖面示意图中的剖切面垂直于衬底。

实施例1

步骤1：提供一个GaAs基光电器件外延片。

图1是本发明第一个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。如图1所示，该外延片从下至上依次包括：N型GaAs衬底111，N型GaAs缓冲层112，InGaP衬底腐蚀阻挡层13，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层14，InGaP间道腐蚀阻挡层15，GaAs有源层16，N型GaAs顶电极欧姆接触层17。其中GaAs有源层16用于实现光电相互转换的材料。

步骤2：在N型GaAs顶电极欧姆接触层17的表面制备多组栅状光刻胶图形。

图2是本发明第一个实施例的步骤2得到的GaAs基光电器件结构阵列的俯视图，如图2所示，多条栅状光刻胶171相互平行，且位于N型GaAs顶电极欧姆接触层17的表面上。

步骤3：利用电子束蒸发技术在多组栅状光刻胶图形上和N型GaAs顶电极欧姆接触层17的表面沉积Ni/Au/Ge/Ni/Au，采用丙酮等有机溶剂剥离光刻胶得到多组栅状电极。

图3是本发明第一个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图，图4是图3所示的GaAs基光电器件结构阵列的俯视图。如图3-4所示，顶电极层包括位于N型GaAs顶电极欧姆接触层17的表面上的多组(图3-4仅示出其中两组)顶电极181、182，相邻顶电极181、182之间具有隔离间道。顶电极181、182为栅状电极，其上的通孔的形状与栅状光刻胶171(参见图2所示)的图形相同。

步骤4：沿垂直于衬底方向，从隔离间道开始将N型GaAs顶电极欧姆接触层17和GaAs有源层16的一部分腐蚀以形成间道沟槽，基于对GaAs和InGaP进行腐蚀的高选择比，腐蚀到间道腐蚀阻挡层15的表面处时停止；将蓝宝石过渡基板通过高温蜡粘附在顶电极层的表面上。

图5是本发明第一个实施例的步骤4得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。如图5所示，顶电极层的表面上依次具有粘附层191和过渡基板192。

步骤5：利用湿法腐蚀将N型GaAs衬底111，N型GaAs缓冲层112和InGaP衬底腐蚀阻挡层13移除。其中，首先选用对GaAs和InGaP具有高选择比的腐蚀液，使得N型GaAs衬底111和N型GaAs缓冲层112被腐蚀掉；其次选择合适的腐蚀液以腐蚀InGaP衬底腐蚀阻挡层13。

图6是本发明第一个实施例的步骤5得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。如图6所示，InGaP衬底腐蚀阻挡层13被腐蚀后，使得高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层14的表面裸露出来。

步骤6：利用电子束蒸发工艺在背电极欧姆接触层14的表面上蒸镀由Ti/Au制成的背电极层。

步骤7：在背电极层的表面上蒸镀由铝制成的打底金属层，并在打底金属层的表面制备与间道沟槽相对齐的隔离墙，通过电镀制备由铜制成的多个金属基板，其中相邻金属基板之间由隔离墙103’所分离。

图7是本发明第一个实施例的步骤7得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。如图7所示，背电极层101与背电极欧姆接触层14之间欧姆接触，50微米厚的金属基板103和约1微米厚的打底金属层102构成了呈柔性的金属基板组件。

步骤8：移除蓝宝石过渡基板192、粘附层191和隔离墙103’。

图8是本发明第一个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。如图8所示，从下至上依次包括金属基板103，打底金属层102，背电极层101，高掺杂的P型GaAs背电极欧姆接触层14，InGaP间道腐蚀阻挡层15，GaAs有源层16，N型GaAs顶电极欧姆接触层17，顶电极层18。

步骤9：沿间道沟槽的方向进行分片以得到多个GaAs基光电器件。

在步骤6中制备背电极层101时，此时间道腐蚀阻挡层15避免了蒸镀的金属进入间道沟槽中从而导致GaAs基光电器件短路、损坏，因此间道腐蚀阻挡层15提高了成品率。

其中，InGaP衬底腐蚀阻挡层13一方面有利于在其表面上外延GaAs材料，另一方面InGaP和GaAs在腐蚀中的高选择比便于腐蚀N型GaAs衬底111。

金属基板103和打底金属层102的厚度之和为微米量级，作为一种可折叠、弯曲的柔性基板，适于被制造为所需的非平面形状；而且具有优良的导热性能，能够提高GaAs基光电器件的散热性能。

打底金属层102作为制备金属基板103的晶种层，起到粘附金属基板103和背电极层101的作用；打底金属层102作为反射层用于对入射光波进行反射，进一步提高背反射的能力；打底金属层102还作为应力调节层，用于调节金属基板103和背电极层101之间的应力。

实施例2

其与实施例1基本相同，区别如下：

在步骤1中，提供一个GaAs基光电器件外延片。

图9是本发明第二个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。如图9所示，该外延片从下至上依次包括：N型GaAs衬底211，N型GaAs缓冲层212，InGaP衬底腐蚀阻挡层23，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层24，InGaP间道腐蚀阻挡层25，P型AlGaAs背场层256，GaAs有源层26，InGaP窗口层267，N型GaAs顶电极欧姆接触层27。

其他步骤与实施例1相同，在此不再赘述。

图10是本发明第二个实施例的GaAs基光电器件的剖面示意图，如图10所示，从下至上依次包括金属基板203，打底金属层202，背电极层201，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层24，InGaP间道腐蚀阻挡层25，P型AlGaAs背场层256，GaAs有源层26，InGaP窗口层267，N型GaAs顶电极欧姆接触层27，顶电极层28。

AlGaAs背场层256的禁带宽度大于GaAs有源层26的禁带宽度，减少了GaAs有源层26的表面复合。

InGaP窗口层267的禁带宽度大于GaAs有源层26的禁带宽度，减少了GaAs有源层26的表面复合，提高光入射率。

实施例3

其与实施例1基本相同，区别如下：

在步骤1中，提供一个GaAs基光电器件外延片。

图11是本发明第三个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。如图11所示，该外延片从下至上依次包括：N型GaAs衬底311，N型GaAs缓冲层312，InGaP衬底腐蚀阻挡层33，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层34，InGaP间道腐蚀阻挡层35，P型AlGaAs背场层356，GaAs有源层36，InGaP窗口层367，N型GaAs顶电极欧姆接触层37。

在步骤1之后包括如下步骤：在N型GaAs顶电极欧姆接触层37的表面制备光刻胶图形，通过干法或湿法腐蚀使得N型GaAs顶电极欧姆接触层37的表面形成图形结构。

步骤2-3，在N型GaAs顶电极欧姆接触层37的表面上制备顶电极层，其与实施例1的步骤2-3相同，具体工艺在此不再赘述。

图12是本发明第三个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。如图3所示，N型GaAs顶电极欧姆接触层37的表面具有凹槽，顶电极层38包括多组顶电极，相邻顶电极之间具有隔离间道。

步骤4-5，沿垂直于衬底方向，从隔离间道开始将N型GaAs顶电极欧姆接触层37、InGaP窗口层367、GaAs有源层36、P型AlGaAs背场层356的一部分腐蚀以形成间道沟槽，腐蚀到间道腐蚀阻挡层35的表面处时停止；在顶电极层38的表面粘附过渡基板，先移除N型GaAs衬底311和N型GaAs缓冲层312，再移除InGaP衬底腐蚀阻挡层33。其与实施例1的步骤4-5相同，具体工艺在此不再赘述。

在步骤5之后还包括如下步骤：在高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层34的表面制备光刻胶图形，并利用干法或者湿法刻蚀高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层34的表面，使其表面形成图形结构。

图13是在本发明第三个实施例的GaAs基光电器件结构阵列的背电极欧姆接触层的表面形成图形结构后的剖面示意图。如图13所示，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层34的表面具有凸起。

步骤6-8，在背电极欧姆接触层34的表面制备背电极层，在背电极层的表面制备金属基板组件，移除过渡基板、粘附层和隔离墙，其与实施例1的步骤6-8相同，具体工艺在此不再赘述。

图14是本发明第三个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图，如图14所示，从下至上依次包括金属基板303，打底金属层302，背电极层301，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层34，InGaP间道腐蚀阻挡层35，P型AlGaAs背场层356，GaAs有源层36，InGaP窗口层367，N型GaAs顶电极欧姆接触层37，顶电极层38。

步骤9，沿间道沟槽的方向进行分片以得到多个GaAs基光电器件。

N型GaAs顶电极欧姆接触层37的其中一个与顶电极层38相接触的表面具有凹槽，能够提高光的入射率。

背电极欧姆接触层34的其中一个与背电极层301相接触的表面具有图形结构，能够作为背反射层将光线反射回有源层36中。

实施例4

其与实施例3基本相同，区别如下：

步骤1-3，提供一个如图11所示的GaAs基光电器件外延片，使得N型GaAs顶电极欧姆接触层的表面形成图形结构，并在其上制备栅状的顶电极层。其与实施例3的步骤1-3相同，具体工艺在此不再赘述。

在步骤3之后还包括如下步骤：通过PECVD工艺在N型GaAs顶电极欧姆接触层的表面上未被顶电极层覆盖且非隔离间道的区域制备SiO₂的介质层。

图15是在本发明第四个实施例的GaAs基光电器件结构阵列的顶电极层的表面制备介质层后的剖面示意图。如图15所示，从下至上依次包括：N型GaAs衬底411，N型GaAs缓冲层412，InGaP衬底腐蚀阻挡层43，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层44，InGaP间道腐蚀阻挡层45，P型AlGaAs背场层456，GaAs有源层46，InGaP窗口层467，N型GaAs顶电极欧姆接触层47，以及位于N型GaAs顶电极欧姆接触层47的表面上的顶电极层48和介质层491。

步骤4-6，沿垂直于衬底方向，从隔离间道开始将N型GaAs顶电极欧姆接触层47、InGaP窗口层467、GaAs有源层46、P型AlGaAs背场层456的一部分腐蚀以形成间道沟槽，腐蚀到间道腐蚀阻挡层45的表面处时停止；在顶电极层48的表面粘附过渡基板，再移除N型GaAs衬底411、N型GaAs缓冲层412和InGaP衬底腐蚀阻挡层43，使得高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层44的表面形成图形结构，且在高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层44的表面制备背电极层。其与实施例3的步骤4-6相同，具体工艺在此不再赘述。

在步骤6之后还包括如下步骤：采用PECVD在高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层44的表面上未被背电极层覆盖的区域制备SiO₂的介质层。

步骤7-8，在背电极层的表面制备金属基板组件，移除过渡基板、粘附层和隔离墙，其与实施例1或实施例3的步骤7-8相同，具体工艺在此不再赘述。

图16是本发明第四个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图，如图16所示，从下至上依次包括：金属基板403，打底金属层402，位于打底金属层402的表面上的背电极层401和介质层492，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层44，InGaP间道腐蚀阻挡层45，P型AlGaAs背场层456，GaAs有源层46，InGaP窗口层467，N型GaAs顶电极欧姆接触层47，位于N型GaAs顶电极欧姆接触层47的表面上的顶电极层48和介质层491。

介质层492覆盖在高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层44的表面未被背电极层401覆盖的区域上。介质层492的折射率在空气和背电极欧姆接触层的折射率之间，其可作为增反膜以提高光反射回有源区。

介质层491的折射率在空气和顶电极欧姆接触层的折射率之间，其作为增透膜以提高光线的入射效率。

在本发明的其他实施例中，介质层491的表面具有图形结构，进一步提高光线的入射效率。

实施例5

步骤1：提供一个GaAs基光电器件外延片。

图17是本发明第五个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。如图17所示，该外延片从下至上依次包括：N型GaAs衬底511，N型GaAs缓冲层512，InGaP衬底腐蚀阻挡层53，N型GaAs顶电极欧姆接触层57，GaAs有源层56，InGaP间道腐蚀阻挡层55，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层54。其中GaAs有源层56包括层叠的N型GaAs发射区和P型GaAs基区。

步骤2：在高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层54的表面利用电子束蒸发工艺蒸镀由Ti/Au制成的背电极层。

步骤3：在背电极层的表面上蒸镀由铝制成的打底金属层，并在打底金属层的表面制备隔离墙503’，通过电镀铜形成多个金属基板，其中金属基板之间由隔离墙503’所分离。

图18是本发明第五个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层54的表面上依次具有背电极层501、打底金属层502、金属基板503。

步骤4：将蓝宝石过渡基板通过高温蜡粘结在金属基板503的表面上。

图19是本发明第五个实施例的步骤4得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。如图19所示，金属基板503的表面上依次具有粘附层591和过渡基板592。

步骤5：利用湿法腐蚀的方法将N型GaAs衬底511、N型GaAs缓冲层512移除，再将InGaP衬底腐蚀阻挡层53移除以将顶电极欧姆接触层57的表面暴露出来。

步骤6：在顶电极欧姆接触层57的表面制备栅状光刻胶图形。

步骤7：利用电子束蒸发技术在栅状光刻胶图形上蒸镀Ni/Au/Ge/Ni/Au，采用丙酮等有机溶剂剥离光刻胶得到顶电极层58，顶电极层的多个顶电极之间具有隔离间道，从隔离间道开始将GaAs基光电器件的顶电极层58、N型GaAs顶电极欧姆接触层57、GaAs有源层56的一部分刻蚀或腐蚀以形成间道沟槽。基于对GaAs和InGaP进行腐蚀的高选择比，腐蚀到间道腐蚀阻挡层55的表面处时停止，此时InGaP间道腐蚀阻挡层55阻止了进一步将背电极欧姆接触层54、背电极层501等腐蚀，避免损坏GaAs基光电器件，因此提高了制备工艺中的成品率。

图20是本发明第五个实施例的步骤7得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。如图20所示，顶电极欧姆接触层57的表面上具有顶电极层58。

步骤8：移除蓝宝石过渡基板592、粘附层591和隔离墙503’。

图21是本发明第五个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图，如图21所示，从下至上依次包括金属基板503，打底金属层502，背电极层501，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层54，InGaP间道腐蚀阻挡层55，GaAs有源层56，N型GaAs顶电极欧姆接触层57，顶电极层58。

步骤9，沿间道沟槽的方向进行分片以得到多个GaAs基光电器件。

实施例6

其与实施例5基本相同，区别如下：

在步骤1中，提供一个GaAs基光电器件外延片。

图22是本发明第六个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。如图22所示，该外延片从下至上依次包括：N型GaAs衬底611，N型GaAs缓冲层612，InGaP衬底腐蚀阻挡层63，N型GaAs顶电极欧姆接触层67，InGaP窗口层667，GaAs有源层66，P型AlGaAs背场层656，InGaP间道腐蚀阻挡层65，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层64。

其他步骤与实施例5相同，在此不再赘述。

图23是本发明第六个实施例的GaAs基光电器件的剖面示意图，如图23所示，从下至上依次包括金属基板603，打底金属层602，背电极层601，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层64，InGaP间道腐蚀阻挡层65，P型AlGaAs背场层656，GaAs有源层66，InGaP窗口层667，N型GaAs顶电极欧姆接触层67，顶电极层68。

实施例7

其与实施例5基本相同，区别如下：

在步骤1中，提供一个GaAs基光电器件外延片。

图24是本发明第七个实施例的步骤1提供的GaAs基光电器件外延片的剖面示意图。如图24所示，该外延片从下至上依次包括：N型GaAs衬底711，N型GaAs缓冲层712，InGaP衬底腐蚀阻挡层73，N型GaAs顶电极欧姆接触层77，InGaP窗口层767，GaAs有源层76，P型AlGaAs背场层756，InGaP间道腐蚀阻挡层75，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层74。

在步骤1之后包括如下步骤：在高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层74的表面制备光刻胶图形，通过干法或湿法腐蚀使得高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层74的表面具有图形结构。

步骤2-3，在高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层74的表面依次制备背电极层，打底金属层和金属基板。其与实施例5的步骤2-3相同，具体工艺在此不再赘述。

图25是本发明第七个实施例的步骤3得到的GaAs基光电器件结构阵列的剖面示意图。如图25所示，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层74的表面具有凸起，背电极层701的表面具有与凸起相适配的凹槽，打底金属层702和金属基板703构成了呈柔性的金属基板组件。

步骤4-5，将过渡基板792粘附在金属基板703的表面上，先移除N型GaAs衬底711和N型GaAs缓冲层712，再移除InGaP衬底腐蚀阻挡层73。其与实施例5的步骤4-5相同，具体工艺在此不再赘述。

在步骤5之后还包括如下步骤：在N型GaAs顶电极欧姆接触层77的表面制备光刻胶图形，再利用干法或湿法刻蚀方法使得N型GaAs顶电极欧姆接触层77的表面具有图形结构。

图26是在本发明的第七个实施例的顶电极欧姆接触层的表面形成图形结构后的剖面示意图。如图26所示，金属基板703的表面上依次具有粘附层791和蓝宝石过渡基板792，N型GaAs顶电极欧姆接触层77的表面的图形结构为凹槽。

在步骤6-8中，在N型GaAs顶电极欧姆接触层77的表面制备顶电极层，顶电极层的多个顶电极之间具有隔离间道，从隔离间道开始将N型GaAs顶电极欧姆接触层77、InGaP窗口层767、GaAs有源层76、P型AlGaAs背场层756的一部分腐蚀以形成间道沟槽，移除过渡基板、粘附层和隔离墙。其与实施例5的步骤6-8相同，具体工艺在此不再赘述。

图27是本发明第七个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图，从下至上依次包括：金属基板703，打底金属层702，背电极层701，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层74，InGaP间道腐蚀阻挡层75，P型AlGaAs背场层756，GaAs有源层76，InGaP窗口层767，N型GaAs顶电极欧姆接触层77，顶电极层78。

步骤9，沿间道沟槽的方向进行分片以得到多个GaAs基光电器件。

实施例8

其与实施例7基本相同，区别如下：

步骤1-2，提供一个如图24所示的GaAs基光电器件外延片，使得背电极欧姆接触层的表面具有图形结构，并在其表面上制备背电极层。其与实施例7的步骤1-2相同，具体工艺在此不再赘述。

在步骤2之后还包括如下步骤：采用PECVD工艺在背电极欧姆接触层的表面上未被背电极层覆盖和非隔离间道的区域制备SiO₂的介质层。

图28是在本发明第八个实施例的GaAs基光电器件结构阵列的背电极欧姆接触层的表面制备介质层后的剖面示意图。如图28所示，从下至上依次包括：N型GaAs衬底811，N型GaAs缓冲层812，InGaP衬底腐蚀阻挡层83，N型GaAs顶电极欧姆接触层87，InGaP窗口层867，GaAs有源层86，P型AlGaAs背场层856，InGaP间道腐蚀阻挡层85，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层84，和位于高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层84表面上的背电极层801和介质层892。

步骤3-7，在背电极层801的表面上依次生长打底金属层和金属基板，将过渡基板粘附在金属基板的表面上，先移除N型GaAs衬底811和N型GaAs缓冲层812，再移除InGaP衬底腐蚀阻挡层83，在N型GaAs顶电极欧姆接触层87的表面形成图形结构并在该表面上制备顶电极层，顶电极层的多个顶电极之间具有隔离间道，从隔离间道开始将N型GaAs顶电极欧姆接触层87、InGaP窗口层867、GaAs有源层86、P型AlGaAs背场层856的一部分腐蚀以形成间道沟槽。其与实施例7的步骤3-7相同，具体工艺在此不再赘述。

在步骤7之后还包括如下步骤：采用PECVD在N型GaAs顶电极欧姆接触层87的表面上未被顶电极层覆盖的区域制备SiO₂的介质层。

步骤8，移除过渡基板、粘附层和隔离墙。

图29是本发明第八个实施例的GaAs基光电器件阵列的剖面示意图。如图29所示，从下至上依次包括：金属基板803，打底金属层802，位于打底金属层802上的背电极层801和介质层892，高掺杂P型GaAs背电极欧姆接触层84，InGaP间道腐蚀阻挡层85，P型AlGaAs背场层856，GaAs有源层86，InGaP窗口层867，N型GaAs顶电极欧姆接触层87，和位于N型GaAs顶电极欧姆接触层87的表面上的顶电极层88和介质层891。

步骤9，沿间道沟槽的方向进行分片以得到多个GaAs基光电器件。

在本发明的其他实施例中，也可以在打底金属层表面制备连续的金属基板，即打底金属层上并不具有隔离墙。

在本发明的其他实施例中，有源层是用于实现光电转换的材料层，其结构不限于是PN结耗尽区，还可以是GaAs基半导体材料层、量子阱结构或量子点结构。

在本发明的其他实施例中，欧姆接触层为高掺杂的P型半导体或高掺杂的N型半导体，与电极层能够形成良好的欧姆接触，同时实现器件的电流扩展，使得载流子在有源层中均匀分布，提高器件的光电性能。

在本发明的其他实施例中，腐蚀阻挡层为InAlP或Al_xGa_(1-x)As，x≥0.4。

在本发明的其他实施例中，采用电子束蒸发、磁控溅射等介质膜蒸镀技术制备介质层，介质层包括氮化硅、TiO₂、Al₂O₃、树脂或聚酰亚胺材料。

在本发明的其他实施例中，窗口层、背场层的材料包括AlGaAs、InGaP或InAlP。

在本发明的其他实施例中，图形结构包括半球状、球缺状、半椭球状、圆台状、圆锥状、柱状凸起或与之相适配的凹槽。

在本发明的其他实施例中，过渡基板包括Si衬底、GaP衬底、玻璃衬底、SiC衬底、Ge衬底或PCB板等，粘附层包括光刻胶、聚酰亚胺、BCB、光敏胶、热敏胶或真空酯等。

在本发明的其他实施例中，采用磁控溅射、电子束蒸发、离子束蒸发、热蒸发等金属薄膜生长工艺制备电极层、打底金属层，电极层的材料包括In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、Ti、Pb、Pd、Ge、Cu、Be、Ni中的至少一种，打底金属层包括Ti、Au、Cr、Ni、Ag、Cu及Al中的至少一种金属，金属基板包括金、银、铜、铝、镍、钼、钛、铬中的至少一种金属。

本发明并不意欲限定金属基板和打底金属层构成的金属基板组件的厚度，本发明的金属基板组件优选呈柔性即可。

在本发明的其他实施例中，金属基板通过电镀多层不同金属层叠形成，以使得金属基板的热膨胀系数与GaAs基光电器件外延层的热膨胀系数相匹配。

在本发明的其他实施例中，提供的GaAs基光电器件外延片的原衬底包括蓝宝石衬底、Si衬底、GaP衬底、GaSb衬底、InP衬底、SiC衬底或Ge衬底等材料。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (17)

1.一种GaAs基光电器件，其特征在于，所述GaAs基光电器件从下至上依次包括：

金属基板组件；

背电极层；

背电极欧姆接触层；

间道腐蚀阻挡层；

GaAs有源层；

顶电极欧姆接触层；

顶电极层。

2.根据权利要求1所述的GaAs基光电器件，其特征在于，所述金属基板组件呈柔性，其包括金属基板和打底金属层。

3.根据权利要求2所述的GaAs基光电器件，其特征在于，所述金属基板是通过电镀或蒸发多层不同金属层叠形成。

4.根据权利要求1所述的GaAs基光电器件，其特征在于，所述间道腐蚀阻挡层为InGaP、InAlP或Al_xGa_(1-x)As，x≥0.4。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的GaAs基光电器件，其特征在于，所述GaAs基光电器件还包括：位于所述间道腐蚀阻挡层和GaAs有源层之间的背场层，以及位于所述GaAs有源层和顶电极欧姆接触层之间的窗口层，所述背场层和窗口层的禁带宽度都大于所述GaAs有源层的禁带宽度。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的GaAs基光电器件，其特征在于，所述顶电极欧姆接触层的其中一个与所述顶电极层相接触的表面具有图形结构，所述背电极欧姆接触层的其中一个与所述背电极层相接触的表面具有图形结构。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的GaAs基光电器件，其特征在于，所述GaAs基光电器件还包括：

第一介质层，所述第一介质层和顶电极层位于所述顶电极欧姆接触层的表面上，且所述第一介质层的折射率在空气和所述顶电极欧姆接触层的折射率之间；以及

第二介质层，所述第二介质层位于所述金属基板组件和背电极欧姆接触层之间，且所述第二介质层的折射率在空气和所述背电极欧姆接触层的折射率之间。

8.一种GaAs基光电器件阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括下列步骤：

步骤1)，提供一个GaAs基光电器件外延片，其从下至上依次包括衬底，衬底腐蚀阻挡层，背电极欧姆接触层，间道腐蚀阻挡层，GaAs有源层，顶电极欧姆接触层；

步骤2)，在所述顶电极欧姆接触层上制备顶电极层，所述顶电极层包括多组顶电极，且所述多组顶电极中相邻顶电极之间具有隔离间道；

步骤3)，沿垂直于所述衬底的方向，从所述隔离间道开始将所述顶电极欧姆接触层腐蚀直到所述间道腐蚀阻挡层的表面处时停止腐蚀以形成间道沟槽；

步骤4)，将过渡基板粘附在所述顶电极层上；

步骤5)，移除所述衬底和衬底腐蚀阻挡层；

步骤6)，在所述背电极欧姆接触层上制备背电极层；

步骤7)，在所述背电极层上制备金属基板组件；

步骤8)，移除所述过渡基板；

步骤9)，沿所述间道沟槽的方向进行分片。

9.一种GaAs基光电器件阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括下列步骤：

步骤1)，提供一个GaAs基光电器件外延片，其从下至上依次包括衬底，衬底腐蚀阻挡层，顶电极欧姆接触层，GaAs有源层，间道腐蚀阻挡层，背电极欧姆接触层；

步骤2)，在背电极欧姆接触层上制备背电极层；

步骤3)，在所述背电极层上制备金属基板组件；

步骤4)，将过渡基板粘附在所述金属基板组件上；

步骤5)，移除所述衬底和衬底腐蚀阻挡层；

步骤6)，在所述顶电极欧姆接触层上制备顶电极层，所述顶电极层包括多组顶电极，且所述多组顶电极中相邻顶电极之间具有隔离间道；

步骤7)，沿垂直于所述衬底的方向，从所述隔离间道开始将所述顶电极欧姆接触层腐蚀直到所述间道腐蚀阻挡层的表面处时停止腐蚀以形成间道沟槽；

步骤8)，移除所述过渡基板；

步骤9)，沿所述间道沟槽的方向进行分片。

10.根据权利要求8或9所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述衬底腐蚀阻挡层或间道腐蚀阻挡层为InGaP、InAlP或Al_xGa_(1-x)As，x≥0.4。

11.根据权利要求8或9所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，生长所述金属基板组件包括在所述背电极层的表面上依次生长打底金属层和多个金属基板，所述多个金属基板中相邻金属基板之间具有隔离墙。

12.根据权利要求11所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，生长所述多个金属基板是通过电镀或蒸发多层不同的金属层形成。

13.根据权利要求8或9所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述GaAs基光电器件外延片还包括位于所述间道腐蚀阻挡层和GaAs有源层之间的背场层，以及位于所述GaAs有源层和顶电极欧姆接触层之间的窗口层，所述背场层和窗口层的禁带宽度都大于所述GaAs有源层的禁带宽度。

14.根据权利要求8所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)和步骤2)之间包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面形成图形结构；在所述步骤5)和步骤6)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面形成图形结构。

15.根据权利要求14所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)和步骤3)之间还包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面上未被所述顶电极层覆盖和所述隔离间道之外的区域制备介质层；在所述步骤6)和步骤7)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面上未被所述背电极层覆盖的区域制备介质层。

16.根据权利要求9所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)和步骤2)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面形成图形结构；在所述步骤5)和步骤6)之间还包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面形成图形结构。

17.根据权利要求16所述的GaAs基光电器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)和步骤3)之间还包括：在所述背电极欧姆接触层的表面上未被背电极覆盖的区域制备介质层；在所述步骤6)和步骤7)之间还包括：在所述顶电极欧姆接触层的表面上未被电极层覆盖和所述隔离间道之外的区域制备介质层。

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