[發明專利]GaN基多孔DBR的制備方法

有效

• 申請號: 201710222145.X
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106848016B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 楊超;劉磊;朱石超;趙麗霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/10
• 分類號: H01L33/10;H01S5/183
• 代理公司: 11021 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 湯保平<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種GaN基多孔DBR的制備方法，包括如下步驟：步驟1：在一襯底上依次生長緩沖層、n型GaN導電層、交替堆疊的n型高摻雜層和非摻雜層，該交替堆疊的n型高摻雜層和非摻雜層構成多周期的氮化物外延結構；步驟2：在氮化物外延結構的上表面沉積絕緣介質層；步驟3：通過光刻、腐蝕在絕緣介質層的上表面的一側形成電極窗口，同時在電極窗口以外區域形成凹槽；步驟4：采用干法刻蝕技術向下刻蝕電極窗口形成電極臺面，同時向下刻蝕凹槽以暴露氮化物外延結構的側壁形成腐蝕凹槽；步驟5：對暴露側壁的氮化物外延結構進行電化學腐蝕，形成周期性的多孔DBR；步驟6：利用濕法腐蝕去除絕緣介質層，完成制備。

技術領域

本發明屬于氮化物光電子器件制造技術領域，具體涉及一種GaN基多孔DBR的制備方法。

背景技術

在氮化物光電子器件制造技術領域，高反射性GaN基DBR(Distributed BraggReflector，分布布拉格反射鏡)在高亮度LED、諧振腔增強LED(RCLED)和垂直腔面發射激光器(VCSEL)及探測器方面展現出巨大的應用前景和市場需求。不過，對于傳統的GaN基DBR，如外延以AlN/GaN系為代表的氮化物DBR，由于AlN/GaN的晶格失配和熱膨脹系數差異，實際過程中制備高質量AlN/GaN系DBR困難極大。同時，由于AlN/GaN的折射率差較小，往往需要增加更多的周期數并引入超晶格插入層來實現反射鏡的高反射率，這將進一步增加AlN/GaN系DBR的外延難度。因此，以AlN/GaN系為代表的傳統氮化物DBR生長程序復雜，外延條件極為苛刻且重復率不高，是一直以來困擾GaN基DBR走向實際應用的難題。

另一種可替代方案是通過激光剝離使外延層從襯底上脫落，然后在剝離GaN面沉積介質DBR層或金屬反射鏡再與其它襯底熱壓鍵合或電鍍銅襯底。該方法規避了外延傳統氮化物DBR的難題，可以實現諧振腔高反射率的底部反射鏡，有利于獲得高品質因子的諧振微腔。不過激光剝離的方法成本較高，且剝離后的外延層底部很不平整，需要經過化學磨拋以實現剝離面的平坦化，從而降低散射損耗。此外，為了盡量減輕激光剝離對有源區的影響，往往需要采用較長的諧振腔長使有源區遠離剝離面，但這會降低諧振腔的品質因子。因此，通過剝離襯底再沉積介質DBR底鏡的方法，其器件工藝復雜且難以推廣。

GaN基多孔DBR可以從根本上突破諧振腔高反射率底部反射鏡的技術壁壘。通過電化學腐蝕摻雜濃度周期調制的氮化物外延結構，可選擇性的在重摻雜層內形成橫向空氣孔道，從而改變該層材料的有效折射率，而非摻雜層(或輕摻雜層)則不會受到腐蝕影響。這時空氣隙的引入將使多孔GaN層與非多孔層產生一定的折射率差，從而形成多孔GaN層和非多孔層交替堆疊的DBR復合結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種GaN基多孔DBR的制備方法，通過在外延結構中直接生長摻雜濃度周期調制的氮化物層，并采用橫向電化學腐蝕技術將其轉變為多孔層和非多孔層交替堆疊的多周期復合結構，形成多孔DBR。

為達到上述目的，本發明提供一種GaN基多孔DBR的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在一襯底上依次生長緩沖層、n型GaN導電層、交替堆疊的n型高摻雜層和非摻雜層，該交替堆疊的n型高摻雜層和非摻雜層構成多周期的氮化物外延結構；

步驟2：在氮化物外延結構的上表面沉積絕緣介質層；

步驟3：通過光刻、腐蝕在絕緣介質層的上表面的一側形成電極窗口，同時在電極窗口以外區域形成凹槽；

步驟4：采用干法刻蝕技術向下刻蝕電極窗口形成電極臺面，同時向下刻蝕凹槽以暴露氮化物外延結構的側壁形成腐蝕凹槽；

步驟5：對暴露側壁的氮化物外延結構進行電化學腐蝕，形成周期性的多孔DBR；

步驟6：利用濕法腐蝕去除絕緣介質層，完成制備。