[发明专利]一种大面积、高反射率氮化镓/纳米多孔氮化镓分布布拉格反射镜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大面积、高反射率氮化镓/纳米多孔氮化镓分布布拉格反射镜的制备方法，属于半导体光电子材料技术领域。

背景技术

氮化镓(GaN)基垂直腔面发射激光器(VCSEL)和发光二极管(LED)的研究受到了人们日益广泛的关注。要想实现这两种器件的高效率，其重要条件之一就是高反射率分布布拉格反射镜(DBR)的使用。目前，已经尝试过AlInN/GaN、AlN/GaN和AlGaN/GaN等多周期DBR结构，例如，CN101478115A公开了氮化物分布布拉格反射镜，是采用有机金属气化学气相外延(MOCVD)技术在c-面蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层，在GaN缓冲层上生长由GaN层和氮化铝层构成的分布布拉格反射镜，其中AlN或/和GaN中掺入铟,周期数为35-40。先对c-面蓝宝石衬底进行热处理，然后在H₂气氛下生长GaN成核层，升温生长GaN缓冲层；再生长AlN缓冲，随后升温使AlN层重新结晶；最后在N₂气氛下重复交替生长AlN层和GaN层制备DBR，其中AlN层和GaN层中的一种或两种在生长时掺入铟。但由于两种材料之间(例如：AlInN和GaN)存在较小的折射差，因此上述材料所制备的DBR发射带窄和达到一定的反射率所需要的周期数多。

GaN的折射率为2.4，空气隙的折射率为1，因此若制成GaN/空气隙多周期结构势必克服上述缺点。然而，GaN/空气隙DBR结构很难被大面积制备。近年来，一些研究小组试图用纳米多孔GaN(可通过孔隙率的大小使折射率在1.0到2.4之间进行调制)替代空气隙。对于这种DBR结构，现行的方法是采用电化学刻蚀技术，在草酸溶液中对未掺杂GaN(0001)/Si掺杂n-GaN(0001)周期性结构进行侧向刻蚀。由于电化学刻蚀深度只有几十个微米，因此采用侧向刻蚀技术是难以制备大面积DBR结构的；所用草酸电解液虽为弱酸但对环境仍不友好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜制备方法。本发明的技术任务是制备大面积、高反射率的GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜。

术语解释：

MOCVD：有机金属化学气相外延。

UID-GaN：非故意掺杂氮化镓。

n-GaN：Si掺杂n型氮化镓。

NP-GaN：纳米多孔氮化镓。

UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构：在c-面蓝宝石衬底上生长GaN成核层和GaN缓冲层后，生长的UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构。

室温：具有本领域公知的含义，是指25±5℃。

本发明的技术方案如下：

一种氮化镓/纳米多孔氮化镓分布布拉格反射镜的制备方法，采用电化学刻蚀技术，以中性溶液为电解液，对生长在c-面蓝宝石衬底上的UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构进行表面刻蚀；所述中性溶液为硝酸钠(NaNO₃)、氯化钠(NaCl)或硫酸钠(Na₂SO₄)的水溶液；所述UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期数为6-15。制得GaN/NP-GaN分布布拉格反射镜的反射率≥90％。

根据本发明，优选的，所述电化学刻蚀的工艺条件如下：

A1：在电化学刻蚀过程中，以所述生长在c-面蓝宝石衬底上的UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构为阳极，铂(Pt)电极为阴极；

A2：电解液浓度：0.1-1.0mol/L；进一步优选0.1-0.6mol/L；

A3：刻蚀电压：10-30V；

A4：刻蚀温度：室温。

根据本发明，优选的，所述电化学刻蚀，按每2μm厚度的UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构计，刻蚀时间为15-65min。

根据本发明，优选的，所述UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构中，UID-GaN(0001)层厚度为45-200nm；

根据本发明，优选的，所述UID-GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构中，n-GaN(0001)层厚度为55-200nm，n-GaN层的Si掺杂浓度为3.0×10¹⁸～9.0×10¹⁹cm^-3。