[发明专利]基于纳米柱阵列的光电器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料生长领域的一种光电器件及其制备方法，特别涉及一种基于纳米柱阵列模板的半导体光电器件及其制作方法。 

背景技术

为了提高光电器件的性能和引入量子效应在内的新效应，纳米结构比如纳米柱、纳米线等在光电器件中得到了广泛的应用。由于横向尺寸效应，一维纳米结构限制了载流子的横向运动，纵向运动变得更加有效，使基于纳米结构的光电器件能够获得更高的载流子输运能力、响应度和较高的转换效率；同时，相对于晶体膜层结构，纳米结构在生长过程中能有效的释放侧向应力，得到无应力、极低位错密度的高质量晶体材料，降低了光电器件中由于缺陷、位错引发的非辐射复合。但传统“自下而上”的制备方法得到的纳米结构取向不一致，不利于后期的器件制作和应用，所以基于垂直排列纳米阵列的光电器件近年来得到了广泛关注。

但是，要将所有的纳米柱电学集成到有效的回路中，金属接触的制作是很困难的。参阅图1-2，传统基于纳米结构光电器件的典型制备工艺为：（a）制作微结构掩膜层，将衬底204上的薄膜刻蚀成纳米阵列结构，如顶部为p型半导体201，202为有源区，底部及阵列间隙便为n型半导体203；（b）对纳米阵列结构用填充物205进行填充；（c）采用干法刻蚀，露出顶层201；（d）制作电流扩展层206，淀积金属，制作n/p电极207。按前述工艺，刻蚀过程将有源层及其两侧的n/p型层不同程度的形成了纳米柱，然后采用填充物进行纳米柱缝隙的旋涂填充。但由于纳米阵列的高宽比较大，填充物和纳米阵列之间的毛细效应，无法精确控制填充物的厚度和平整度，使得在沉积电流扩展层或者金属电极时顶层与有源区之间导通形成漏电通道208或者导通，成品率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纳米柱阵列的光电器件及其制作方法，该光电器件具有良好垂直取向纳米柱阵列的有源区结构，并且具有较高的晶体质量，该方法能有效避免传统工艺中金属电极沉积时引发的漏电流问题，提高基于纳米结构光电器件的稳定性和成品率，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于纳米柱阵列结构的光电器件，包括表面具有纳米柱阵列结构的n型或p型半导体层，其特征在于：所述纳米柱阵列上依次生长有垂直结构有源区和横向连续无裂痕的p型或n型区，所述p型或n型区上覆设电流扩展层，同时，所述n型或p型半导体层和电流扩展层上还分别设有电极。

进一步的讲，所述纳米柱阵列结构中还填充有填充物。

所述n型或p型半导体层和电流扩展层表面上还分别设有金属接触电极。

所述n型或p型半导体层设于衬底表面。

一种基于纳米柱阵列结构的光电器件的制作方法，其特征在于，该方法为：

首先，对形成于n型或者p型半导体层上的纳米柱阵列模板进行填充、平面化，使各纳米柱顶部露出；

而后，依次在该纳米柱阵列上外延生长垂直结构有源区和连续无裂痕p型或者n型区，并在p型或者n型区上制作电流扩展层；

最后，在n型或p型半导体层和电流扩展层上还分别制作形成金属接触电极。

具体而言，该方法包括如下步骤：

I、在n型或者p型半导体层表面制作微结构，并进行刻蚀形成具有垂直取向的纳米柱阵列；

II、对纳米柱阵列模板进行填充、平面化，使各纳米柱顶部露出；

III、采用垂直纵向生长为主导的生长模式外延生长垂直结构有源区；

IV、采用水平横向生长为主导的生长模式外延生长连续无裂痕p型或者n型区；

V、制作电流扩展层以及n型和p型区金属接触电极。

步骤I中所述微结构掩膜层的制作方法至少选自自组装形成金属微球的方法和旋涂单层微粒法。

步骤II具体为：采用填充物对纳米柱阵列进行旋涂填充，并采用干法刻蚀或者抛光去掉多余的填充物使之形成一平整面，并使各纳米柱顶部露出；

所述填充物至少选自光刻胶、聚酰亚胺和旋涂玻璃中的任意一种。

步骤III中所述垂直纵向生长为主导的生长模式是指沿轴向的外延生长速率远大于径向的生长速率。

步骤IV中水平横向生长为主导的生长模式是指外延生长沿着纳米柱径向的生长速率大于轴向方向的生长速率。

前述光电器件可能包括：太阳能电池、发光二极管、光电探测器和激光器等。

与现有技术相比，本发明的优点在于：