[发明专利]氮化物分布布拉格反射镜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布布拉格反射镜，尤其是涉及一种利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)制备氮化镓(GaN)基微腔发光二极管(MCLED)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)中氮化物分布布拉格反射镜(分布布拉格反射镜简称为DBR)的技术。

背景技术

由于在氮化物半导体发光二极管的制备中，导入氮化物DBR形成微腔MCLED([1]Nakada，N.，Nakaji，M.，Ishikawa，et al.Improved characteristics of InGaN multiple-quantum-welllight-emitting diode by GaN/AlGaN distributed Bragg reflector grown on sapphire[J]，Appl.Phys.Lett.，2000，76(14)：1804-1806)，可以大幅度地提高器件的发光功率和指向性。同时，具有高反射率的氮化物DBR也是制备氮化物VCSEL([2]Lu T C，Kao C C，Kuo H C，et al.CW lasing ofcurrent injection blue GaN-based vertical cavity surface emitting laser[J].Appl Phys Lett，2008，92(14)：1411021-1411023；[3]Wang S C，Lu T C，Kao C C，et al.Optically pumped GaN-basedvertical cavity surface emitting lasers：technology and characteristics[J].Jpn J Appl Phys，2007，46(8B)：5397-5407)的关键技术。因此，氮化物DBR的制备至关重要。近年来，由于在高功率光显示和高密度光存储领域的广阔应用前景，因此GaN基VCSEL的研究引起人们极大的兴趣并取得了一系列突出进展。目前，用于GaN基VCSEL中的DBR主要有氮化物材料和介质材料。与某些介质膜DBR(SiO₂/ZrO₂等)相比，氮化物DBR([4]Huang G S，Lu T C，YaoH H，et al.Crack-free GaN/AlN distributed Bragg reflectors incorporated with GaN/AlNsuperlattices grown by metalorganic chemical vapor deposition[J].Appl Phys Lett，2006，88(6)：0619041-0619043；[5]Yao H H，Lin C F，Kuo H C，et al.MOCVD growth of AlN/GaN DBRstructures under various ambient conditions[J].J Cryst Growth，2004，262：151-156；[6]Ive T，Brandt O，Ploog K H.Conductive and crack-free AlN/GaN：Si distributed Bragg reflectors grown on6H-SiC(0 0 0 1)[J].J Cryst Growth，2005，278：355-360；[7]Kao C C，Peng Y C，Yao H H，et al.Fabrication and performance of blue GaN-based vertical-cavity surface emitting laser employingAlN/GaN and Ta₂O₅/SiO₂ distributed Brag greflector[J].Appl Phys Lett，2005，87(8)：0811051-0811053；[8]Mitrofanov O，Schmult S，Manfra M J，et al.High-reflectivityultraviolet AlGaN/AlGaN distributed Brag greflectors[J].Appl Phys Lett，2006，88(17)：1711011-1711013；[9]Schenk H P D，Mierry P de，Vennegues P，et al.In situ growthmonitoring of distributed GaN-AlGaN Bragg reflectors by metalorganic vapor phase epitaxy[J].Appl Phys Lett，2002，80(2)：174-176)的折射率差较小，要获得满足激射条件的高反射率氮化物DBR结构，常需很多的周期数(25～60周期)。同时，由于氮化物DBR中两种材料之间通常有较大的晶格失配和热膨胀系数差异(如：AlN/GaN，AlGaN/GaN等)，DBR中存在大量的应力和因此造成的位错和裂纹，其光学质量随之下降，进而使得其最大反射率和阻带宽度比理论结果要低很多。另外，氮化物DBR获得光滑平整的表面仍然比较困难([5]Yao H H，Lin C F，Kuo H C，et al.MOCVD growth of AlN/GaN DBR structures under various ambientconditions[J].J Cryst Growth，2004，262：151-156)，然而良好表面形貌是后续外延器件结构生长的重要前提之一。