[發明專利]一種氮化鎵基諧振腔發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 202110692043.0
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113451464B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 張保平;徐歡;梅洋;楊帥;應磊瑩;侯想;羅榮煌;盧文瑞;陳鋒;鐘夢潔;劉熠新
• 申請（專利權）人: 廈門大學;福建中晶科技有限公司
• 主分類號: H01L33/10
• 分類號: H01L33/10;H01L33/46
• 代理公司: 廈門原創專利事務所(普通合伙) 35101
• 代理人: 吳廷正

本發明公開了一種氮化鎵基諧振腔發光二極管及其制備方法，氮化鎵基諧振腔發光二極管包括依序層疊設置的支撐基板、高對比度光柵、有源區、N型層，N型層遠離有源區的端面上還設置有第一反射鏡和N電極；其中，高對比度光柵由P型層和透明導電層組成，P型層的一端面與有源區貼合，P型層的另一端面上經刻蝕形成非平整的光柵結構，透明導電層設置在P型層的光柵結構間隙和表面；本方案直接使用部分P型層及透明導電層作為高對比度光柵結構以替代傳統的底部反射鏡結構，不僅減小了器件串聯電阻，降低吸收損耗，還提高了輸出光質量，且制備工藝簡單，所有制備工藝與標準半導體制備工藝兼容，滿足大規模光電集成的需要。

技術領域

本發明涉及半導體發光技術領域，尤其涉及一種氮化鎵基諧振腔發光二極管及其制備方法，其適合于多種波長的(可見光波段、紫外光波段)半導體諧振腔器件，包含垂直腔面發射激光器以及諧振腔發光二極管。

背景技術

半導體諧振腔發光二極管(Resonant Cavity Light Emitting Diode，RCLED)具有廣泛的應用領域，包括半導體照明、背光顯示、生物醫療、光通信等。其結構為用于光學反饋的頂部反射鏡和底部反射鏡，以及夾在其中的用于提供出射光子的有源區。高反射率的寬帶腔鏡是構建高質量因子諧振腔器件的必要條件。底部反射鏡通常采用分布式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR)或金屬鏡。DBR是由折射率周期性變化的多層交替介質材料構成，它們的反射率和帶寬取決于組成材料的折射率對比度和每層厚度，通常有氮化物DBR或者介質膜DBR兩種。氮化物DBR的組成材料之間具有較小的折射率差異，因此通常需要堆疊相當多的DBR對才能獲得足夠高的反射率，這就導致外延生長的困難；而介質膜DBR具有較差的電學和熱學特性，會極大影響器件電學性能，限制器件最大輸出功率。而金屬鏡雖然具有更好的電學和熱學特性，但本身難以達到很高的反射率，還具有更高的吸收。

與以上類型反射鏡相比，高對比度光柵(High Contrast Grating，HCG)反射鏡具有膜層少、衍射效率高、帶寬大、偏振好、制作容差大等優點，同時所需的材料來源廣、工藝簡單，用量小于DBR所使用材料的10％。它是一種具有亞波長尺寸的光柵，通常是在低折射率材料(氧化物或空氣)上生長高折射率材料，并把高折射率材料層刻蝕形成光柵，改變光柵參數即可獲得從可見光到紅外波段的高反射率。但目前將HCG結構用于底部反射鏡的文獻記載罕有報道，因此，本發明提出的技術創造性地將HCG用作底部反射鏡，克服了其他腔鏡局限性，同時提供了額外性能優勢。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種光學性能好、制備可靠簡單的氮化鎵基諧振腔發光二極管及其制備方法。

為了實現上述的技術目的，本發明所采用的技術方案為：

一種氮化鎵基諧振腔發光二極管，其包括依序層疊設置的支撐基板、高對比度光柵、有源區、N型層，所述N型層遠離有源區的端面上還設置有第一反射鏡和N電極；

其中，所述高對比度光柵由P型層和透明導電層組成，所述P型層的一端面與有源區貼合，P型層的另一端面上經刻蝕形成非平整的光柵結構，所述透明導電層設置在P型層的光柵結構間隙和表面，即P型層與有源區貼合的部分作為正常的P型層結構，而P型層的另一端面與透明導電層之間形成了HCG結構。

作為一種可能的實施方式，進一步，所述P型層為圖形化刻蝕形成的光柵結構，且所述高對比度光柵用于充當第二反射鏡以提供光學限制；

其中，P型層的折射率大于透明導電層。

作為一種較優的實施選擇，優選的，所述P型層圖形化刻蝕形成的光柵結構的橫截面為條狀、網狀或柱狀。

作為一種可能的實施方式，進一步，所述透明導電層與P型層之間的接觸為歐姆接觸。

作為一種可能的實施方式，進一步，所述支撐基板為硬質材料成型。