[发明专利]一种电注入GaN基谐振腔的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基谐振腔发光器件，尤其是涉及采用两个高质量的介质膜DBR和损耗较小的p型电流扩展层ITO，可实现高性能GaN基谐振腔的一种电注入GaN基谐振腔的制作方法。

背景技术

GaN基半导体材料主要包括GaN、InN、AlN及它们的三元或四元合金，具有稳定的机械和化学性能，并且属于直接跃迁能带结构，发光可以覆盖整个可见光波段，是制备半导体发光器件的理想材料。这些器件在普通照明、光纤通信、高密度光存储、激光显示和激光打印等领域有着广阔的应用前景，其中，GaN基谐振腔发光二极管（RCLED）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）等是当前研究颇为关注的热点。

由于谐振腔独特的器件结构以及GaN基材料特殊的物理化学性质，在GaN基谐振腔的制作过程中存在着许多困难。首先，由于高Al组分的AlGaN与GaN之间存在较大的晶格失配和热失配，会导致氮化物分布布拉格反射镜（DBR）中存在大量的缺陷，甚至会造成裂缝［G.S.Huang,T.C.Lu,et al.,Crack-free GaN/AlN distributed Bragg reflectors incorporated with GaN/AlN superlattices grown by metalorganic chemical vapor deposition,Appl.Phys.Lett.,2008，88,061904］，因此很难获得反射率大于99％并且表面良好的氮化物DBR。同时，在此DBR上再生长的量子阱有源区的质量也将受到影响。所以利用氮化物DBR制作高质量的谐振腔较为困难。而采用全介质膜DBR制作的谐振腔其DBR的反射率较容易达到99％以上。同时，因为采用通常使用的蓝宝石外延片，也可获得较高质量的量子阱有源区。其次，p-GaN材料极低的载流子浓度使得空穴在p型层中难以进行有效的侧向扩展，因此在制作p型电极时必须采用半透明的导电层ITO作为电流扩展层。然而ITO也存在较大的光吸收损耗，这会使腔品质因子（Q值）迅速下降，严重影响了谐振腔的性能。目前已有一些高Q值的GaN基谐振腔的报道。2000年，布朗大学的Song等人［Y.K.Song,M.Diagne,et al.,Resonant-cavity InGaN quantum-well blue light-emitting diodes,Appl.Phys.Lett.,2000,77(12):1744-1746］制作的全介质膜DBR谐振腔采用了两个介质膜DBR作为上下反射镜和100nm厚的ITO作为p型电流扩展层，谐振腔的Q值达到750。2007年，台湾新竹交通大学的Lu等人[T.C.Lu,T.T.Kao,et al.,GaN-based high-Q vertical-cavity light-emitting diodes,IEEE Electron Device Letters,2007,28(10):884-886]制作的混合腔器件的反射镜是由一个SiO2/Ta2O5介质膜DBR和一个外延生长的AlN/GaN氮化物DBR作为谐振腔的上下反射镜，以240nm厚的ITO作电流扩展层，器件的Q值达到了895。

发明内容

本发明的目的在于提供采用两个高质量的介质膜DBR和损耗较小的p型电流扩展层ITO，可实现高性能GaN基谐振腔的一种电注入GaN基谐振腔的制作方法。

本发明包括以下步骤：

1）在具有蓝宝石基底的GaN基外延片上生长p型电流扩展层ITO，采用ICP刻蚀方法对p型电流扩展层ITO表面依次进行刻蚀，抛光处理和ICP刻蚀，形成n型台面，再制作电流限制层、n型金属接触层、p型金属接触层和顶部介质膜DBR，再与临时基底键合在一起，然后采用激光剥离技术去除蓝宝石基底；

2）对激光剥离后的GaN表面进行研磨抛光，在抛光后的GaN表面上生长底部的介质膜DBR，再与一个永久基底键合在一起，并去除临时基底，完成电注入高性能GaN基谐振腔的制作。