[发明专利]III族氮化物基分布式布拉格反射镜及其制备方法

说明书

一种III族氮化物基分布式布拉格反射镜及其制备方法，该方法包括：在衬底上依次形成缓冲层、多组叠层结构，每组叠层结构分别为由n型掺杂氮化物层和非故意掺杂氮化物层以固定厚度交替生长而形成的多周期性结构，且各组所述叠层结构之间的周期厚度不同；将所得结构表面沉积或生长一层保护层；自保护层沿着朝向衬底的方向刻蚀直至多组叠层结构的侧壁完全暴露；将所得结构作为阳极进行电化学腐蚀，n型掺杂氮化物层被腐蚀成多孔层，第一非故意掺杂氮化物层不会被腐蚀而成为无孔层，然后去除保护层后得到分布式布拉格反射镜(DBR)。本发明可实现III族氮化物基DBR高反射率和宽反射带宽和波长范围的调控，方法简单且易操作。

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种具有宽反射带宽和高反射率的III族氮化物基分布式布拉格反射镜及其制备方法。

背景技术

III族氮化物材料是目前研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，被誉为作为第三代半导体材料，其中的氮化镓(GaN)为直接带隙半导体，带隙为3.4eV，高的热导率和强的抗辐照能力，已经成为蓝光LED、激光器的重要组成部分，同时也广泛应用于高温大功率器件和高频微波器件。

具有一定掺杂浓度的III族氮化物，在酸性或碱性条件下对其施加一定的电压可以腐蚀出多孔结构。近年来，多孔GaN材料也成为研究的热点。研究发现，在GaN薄膜材料的孔隙率可以通过掺杂浓度和腐蚀电压的大小来进行调控，而多孔GaN的孔隙率又可以直接影响其折射率。其折射率和孔隙率的关系可以由公式：表示，其中n为多孔GaN的折射率，n_GaN为GaN的折射率，n_air为空气的折射率，α为多孔GaN的孔隙率。通过交叠生长n型高掺杂n⁺-GaN和非故意掺杂u-GaN，其经腐蚀后形成的多孔GaN层和无孔GaN层的厚度d满足d＝λ/4n，其中λ为所设计的反射谱中心波长，n为多孔GaN层或无孔GaN层的折射率。因此，可以通过合理的设计多孔GaN和无孔GaN层的厚度，进而制备周期性多孔GaN/无孔GaN的叠层结构，即可实现GaN基分布式布拉格反射镜(DBR)的制备。

然而这些GaN基DBR的反射带宽仍然较窄，很难实现全部覆盖可见光波段，这就在一定程度上限制了其应用。因此如何有效地制备具有高反射带宽和高反射率的DBR显得尤为关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分布式布拉格反射镜及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种III族氮化物基分布式布拉格反射镜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在衬底上形成缓冲层；步骤2：在所述缓冲层上生长多组叠层结构，每组所述叠层结构分别为由n型掺杂氮化物层和非故意掺杂氮化物层以固定厚度交替生长而形成的多周期性结构，且各组所述叠层结构之间的周期厚度不同，所述氮化物为GaN、AlGaN或InAlGaN；步骤3：将步骤2所得结构表面沉积或生长一层保护层，所述保护层能够不被电化学腐蚀；步骤4：自所述保护层沿着朝向衬底的方向刻蚀步骤3所得结构，直至多组所述叠层结构的侧壁完全暴露；步骤5：将步骤4所得结构作为阳极进行电化学腐蚀；其中，n型掺杂氮化物层被腐蚀成多孔层，第一非故意掺杂氮化物层不会被腐蚀而成为无孔层，然后去除所述保护层后得到分布式布拉格反射镜，其中每组所述叠层结构的多孔层与无孔层的厚度比值分别等于或接近无孔层和多孔层的有效折射率比值。

作为本发明的另一个方面，提供了一种利用如上所述的制备方法制备而成的III族氮化物基分布式布拉格反射镜，包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；以及多组叠层结构，形成于所述缓冲层上，每组所述叠层结构分别为由多孔的n型掺杂氮化物层和无孔的第一非故意掺杂氮化物层交替而成的多周期性结构。

基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：