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本发明公开了一种光电器件外延结构的制备方法、外延结构及光电器件。所述制备方法包括:S1、在第一工艺参数下,对N型单晶衬底表面进行清洗和刻蚀,形成第一结构层;S2、在第二工艺参数下,对所述第一结构层进行三维生长,以形成粗糙度为1?10nm的第二结构层;S3、于所述第二结构层上生长量子阱有源层,使所述量子阱有源层的上表面形成第三结构层;S4、于所述量子阱有源层上生长P型半导体层,并使所述P型半导体层表面平整。本发明中提供的制备方法可在不牺牲晶体质量的前提下实现对量子阱有源层应力的释放,增加In组分的注入效率,同时可增加量子阱的发光面积,提升发光效率,且制备而成的外延结构厚度更薄,适用于超薄光电器件的制备。