[发明专利]一种氮化物分布式布拉格反射镜及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物分布式布拉格反射镜及其制备方法，本发明属于光电子领域。

背景技术

氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在高亮度蓝色发光二极管(LED)、蓝色半导体激光器(LD)以及抗辐射、高频、高温、高压等电子电力器件中有着广泛的实际应用和巨大的市场前景。

在氮化物发光二极管的制备中，加入分布式布拉格反射镜(DBR)可以大幅度的提高器件的发光功率，同时具有高反射率的氮化物DBR也是制备垂直腔面发射激光器的关键技术。因此氮化物DBR的制备至关重要。目前在氮化物LED的常规生长结构中，很少使用DBR结构，原因在于常规的氮化物(如AlN，GaN等)之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配，多周期重复生长后极易发生开裂，产生的位错密度也会很高，影响有源区的发光强度。另外，氮化物本身对生长条件要求比较苛刻，对于DBR中的两种材料有时候很难使用相同的生长条件。上述原因导致了在氮化物器件的外延一次生长中很难直接导入DBR结构，常规的做法是在外延后通过管芯工艺以介质膜(SiO2/TiO2)的形式引入DBR，但是这种做法增加了生产工序，也增加了生产成本。

对于一次生长引入DBR结构的方法，国内外也有一些专利文献。中国专利文献CN101478115A(CN200910110946.2)公开的氮化物分布布拉格反射镜(DBR)及其制备方法，所提供的氮化物DBR的制备方法是在氮化镓缓冲层上使用氮化铝和氮化镓交替生长的周期性结构来实现DBR功能，此方法目前在生长上存在很大困难，氮化铝和氮化镓之间的晶格失配使其较难达到DBR所需要的厚度和周期个数，DBR一般要求20周期以上，使用此方法生长DBR很容易导致外延层开裂。美国专利文献US2007/003697A1公开的“应用于光电器件的晶格匹配AlInN/GaN结构”(Lattice-Matched AlInN/GaN For Optoelectronic devices)，提供了一种DBR结构，该方法使用AlInN和GaN交替生长作为DBR。但是AlInN层和GaN层的生长条件差异很大，AlInN的生长温度范围在700-900度，而GaN的生长温度范围在950-1150度。如果使用相同温度来生长AlInN和GaN，容易使DBR的晶体质量变差，界面不够平整，难以实现DBR的效果。

发明内容

本发明针对现有的氮化物DBR生长结构和方法的不足，提出了一种氮化物分布式布拉格反射镜和制备方法。

术语说明：

DBR，分布式布拉格反射镜的常规简称。

LED，发光二极管的简称。

本发明的技术方案如下：

一、氮化物分布式布拉格反射镜

一种氮化物分布式布拉格反射镜，包括在蓝宝石或碳化硅衬底上依次生长有成核层、缓冲层，所述成核层是氮化镓层、氮化铝层或铝镓氮层之一，所述缓冲层是非掺杂氮化镓层，其特征在于：在所述缓冲层上面生长Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_uIn_vGa_1-u-vN四元结构构成的分布式布拉格反射镜，其中，0＜x＜0.5，0＜y＜0.5，0＜u＜0.5，0＜v＜0.5，Al_xIn_yGa_1-x-yN层厚度为20-70nm，Al_uIn_vGa_1-u-vN层厚度为30-80nm，重复周期数为15-50。

二、氮化物分布式布拉格反射镜的制备

本发明上述的氮化物分布式布拉格反射镜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将蓝宝石或碳化硅衬底放入金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1000-1150℃，处理5-15分钟。

(2)在处理过的蓝宝石或碳化硅衬底上生长氮化镓、氮化铝或者铝镓氮成核层。

(3)在上述成核层上生长非掺杂氮化镓缓冲层。