[發明專利]一種氮化物分布式布拉格反射鏡及制備方法與應用

有效

• 申請號: 201110002445.X
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102593291A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 曲爽;李樹強;李毓鋒;王成新;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子有限公司
• 主分類號: H01L33/10
• 分類號: H01L33/10;H01L33/00;H01L33/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種氮化物分布式布拉格反射鏡及其制備方法，本發明屬于光電子領域。

背景技術

氮化鎵材料具有寬帶隙、高電子遷移率、高熱導率、高穩定性等一系列優點，因此在高亮度藍色發光二極管(LED)、藍色半導體激光器(LD)以及抗輻射、高頻、高溫、高壓等電子電力器件中有著廣泛的實際應用和巨大的市場前景。

在氮化物發光二極管的制備中，加入分布式布拉格反射鏡(DBR)可以大幅度的提高器件的發光功率，同時具有高反射率的氮化物DBR也是制備垂直腔面發射激光器的關鍵技術。因此氮化物DBR的制備至關重要。目前在氮化物LED的常規生長結構中，很少使用DBR結構，原因在于常規的氮化物(如AlN，GaN等)之間存在較大的晶格失配和熱膨脹系數失配，多周期重復生長后極易發生開裂，產生的位錯密度也會很高，影響有源區的發光強度。另外，氮化物本身對生長條件要求比較苛刻，對于DBR中的兩種材料有時候很難使用相同的生長條件。上述原因導致了在氮化物器件的外延一次生長中很難直接導入DBR結構，常規的做法是在外延后通過管芯工藝以介質膜(SiO2/TiO2)的形式引入DBR，但是這種做法增加了生產工序，也增加了生產成本。

對于一次生長引入DBR結構的方法，國內外也有一些專利文獻。中國專利文獻CN101478115A(CN200910110946.2)公開的氮化物分布布拉格反射鏡(DBR)及其制備方法，所提供的氮化物DBR的制備方法是在氮化鎵緩沖層上使用氮化鋁和氮化鎵交替生長的周期性結構來實現DBR功能，此方法目前在生長上存在很大困難，氮化鋁和氮化鎵之間的晶格失配使其較難達到DBR所需要的厚度和周期個數，DBR一般要求20周期以上，使用此方法生長DBR很容易導致外延層開裂。美國專利文獻US2007/003697A1公開的“應用于光電器件的晶格匹配AlInN/GaN結構”(Lattice-Matched?AlInN/GaN?For?Optoelectronic?devices)，提供了一種DBR結構，該方法使用AlInN和GaN交替生長作為DBR。但是AlInN層和GaN層的生長條件差異很大，AlInN的生長溫度范圍在700-900度，而GaN的生長溫度范圍在950-1150度。如果使用相同溫度來生長AlInN和GaN，容易使DBR的晶體質量變差，界面不夠平整，難以實現DBR的效果。

發明內容

本發明針對現有的氮化物DBR生長結構和方法的不足，提出了一種氮化物分布式布拉格反射鏡和制備方法。

術語說明：

DBR，分布式布拉格反射鏡的常規簡稱。

LED，發光二極管的簡稱。

本發明的技術方案如下：

一、氮化物分布式布拉格反射鏡

一種氮化物分布式布拉格反射鏡，包括在藍寶石或碳化硅襯底上依次生長有成核層、緩沖層，所述成核層是氮化鎵層、氮化鋁層或鋁鎵氮層之一，所述緩沖層是非摻雜氮化鎵層，其特征在于：在所述緩沖層上面生長Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_uIn_vGa_1-u-vN四元結構構成的分布式布拉格反射鏡，其中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.5，0＜u＜0.5，0＜v＜0.5，Al_xIn_yGa_1-x-yN層厚度為20-70nm，Al_uIn_vGa_1-u-vN層厚度為30-80nm，重復周期數為15-50。

二、氮化物分布式布拉格反射鏡的制備

本發明上述的氮化物分布式布拉格反射鏡的制備方法，包括以下步驟：

(1)將藍寶石或碳化硅襯底放入金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)設備的反應室中，在氫氣氣氛下加熱到1000-1150℃，處理5-15分鐘。

(2)在處理過的藍寶石或碳化硅襯底上生長氮化鎵、氮化鋁或者鋁鎵氮成核層。

(3)在上述成核層上生長非摻雜氮化鎵緩沖層。