[發(fā)明專利]一種帶有DBR掩膜的三族氮化物發(fā)光器件及制備方法

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• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105742958A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 張佰君;楊億斌
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01S5/125
• 分類號: H01S5/125
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件的領域，具體涉及一種帶有分布布拉格反射鏡（DBR）掩膜的三族氮化物發(fā)光器件及制備方法。

背景技術

三族氮化物由于具有有寬禁帶、高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為目前半導體技術研究的熱點。三族氮化物GaN（禁帶寬度3.4eV）、AlN（禁帶寬度6.2eV）、InN（禁帶寬度0.7eV）及其組成的合金禁帶寬度覆蓋了從紅外到可見光、紫外光的能量范圍，因此在光電子領域有著廣泛的應用，如大功率白光LED，激光器，紫外波段的日盲探測器等。目前三族氮化物LED、激光器及電子器件已經實現(xiàn)了商品化生產，廣泛應用于顯示器背光源、照明、信息存儲等領域。

由于大尺寸三族氮化物單晶材料生長十分困難，這使得同質外延生長難以大規(guī)模實現(xiàn)。目前主要是采用異質外延生長的辦法在藍寶石、碳化硅、硅等襯底上生長。經過外延技術的不斷革新，在異質襯底上已經生長實現(xiàn)了較高質量的三族氮化物材料及其相關的光電器件，并實現(xiàn)了產品的商業(yè)化。然而，日趨成熟的技術也促進了對三族氮化物光電器件性能的進一步要求，特別的是在激光器、量子信息存儲、單光子源器件的應用方面。但是由于晶格失配和熱失配等原因，異質外延的三族氮化物材料無可避免的存在較高密度的位錯，光電器件的量子效率由于位錯的存在導致急速下降，極大地影響了器件性能。

特別地，半導體激光器對其材料的晶體質量要求極為苛刻，因此，三族氮化物材料的半導體激光器目前基本上只能在同質襯底上實現(xiàn)。而三族氮化物同質襯底價格極為昂貴，這無疑會增大發(fā)光器件的制備成本。另外，在像Si襯底這樣會吸收可見光的襯底上外延三族氮化物發(fā)光器件，通常需要剝離襯底，再制作DBR或者金屬反射鏡，以提高出光效率，這樣就會使得制備工藝更加復雜，導致良品率下降。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有技術中發(fā)光器件的三族氮化物發(fā)光器件因高位錯密度導致的低量子效率的問題，本發(fā)明提出一種帶有DBR掩膜的三族氮化物發(fā)光器件及制備方法，在圖形化的DBR介質掩膜上選擇區(qū)域生長和橫向外延過生長三族氮化物，得到在掩膜中心上方無位錯的三族氮化物，三族氮化物有源層則生長在此無位錯的三族氮化物材料上，具有極高的量子效率。此外，圖形化的DBR介質掩膜還能夠作為發(fā)光器件的反射鏡或者底部腔面，無需剝離襯底，簡化了制備工藝。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種帶有DBR掩膜的三族氮化物發(fā)光器件，發(fā)光器件自下而上依次有襯底、三族氮化物成核層和緩沖層、n型三族氮化物層、圖形化DBR介質掩膜組、選擇區(qū)域生長的n型三族氮化物層、三族氮化物有源層、p型三族氮化物層、露出p型三族氮化物層頂部的介質掩膜、透明導電層、p型電極、頂部DBR介質膜組；

其中圖形化DBR介質掩膜組是由第一圖形化DBR介質掩膜或第二圖形化DBR介質掩膜構成，或由第一圖形化DBR介質掩膜和第二圖形化DBR介質掩膜周期性交替構成；

其中頂部DBR介質膜組是由第一頂部DBR介質膜或第二頂部DBR介質膜構成，或由第一頂部DBR介質膜和第二頂部DBR介質膜周期性交替構成；

上述帶有DBR掩膜的三族氮化物發(fā)光器件還包括n型電極，該n型電極設置在襯底底部或設置在n型三族氮化物層上。

上述發(fā)光器件的p型電極設置在透明導電層上，n型電極設置在襯底底部或者n型三族氮化物層上。n型電極設置在襯底底部時，該發(fā)光器件的電流從p型電極注入，從背面的n型電極流出，結構上為垂直導通結構。n型電極設置在n型三族氮化物層上時，該發(fā)光器件的電流從p型電極注入，從正面的n型電極流出，結構上為水平導通結構。

進一步地，所述選擇區(qū)域生長的n型三族氮化物層為六角截頂金字塔結構。

一種帶有DBR掩膜的三族氮化物發(fā)光器件的制備方法，包括下列步驟：

步驟1：在襯底上生長三族氮化物成核層和緩沖層；

步驟2：在三族氮化物成核層和緩沖層上生長n型三族氮化物層；

步驟3：在n型三族氮化物層上制備圖形化DBR介質掩膜組，圖形化DBR介質掩膜組是由第一圖形化DBR介質掩膜或第二圖形化DBR介質掩膜構成，或由第一圖形化DBR介質掩膜和第二圖形化DBR介質掩膜周期性交替構成；

步驟4：在上述圖形化DBR介質掩膜組上選擇區(qū)域生長n型三族氮化物層；

步驟5：在選擇區(qū)域生長的n型三族氮化物層上生長三族氮化物有源層；

步驟6：在三族氮化物有源層上生長p型三族氮化物層；

步驟7：制備露出p型三族氮化物層頂部的介質掩膜；