[发明专利]发光装置及其制造方法

说明书

本公开涉及一种发光装置，所述发光装置包括：氮化镓衬底，包括沿半极性晶相生长的半极性氮化镓晶体；第一反射结构，在氮化镓衬底上；发光结构，在第一反射结构上；第二反射结构，在发光结构上。

技术领域

本公开涉及一种发光装置及其制造方法。

背景技术

最近几年，美国的加州大学圣芭芭拉分校和日本的SONY、SUMITOMO等一些氮化镓(GaN)的研究机构和公司成功地在一些特殊的GaN半极性晶面上制备了高功率、高效率的蓝、绿光发光二极管和激光二极管等。这些GaN的特殊晶面(诸如(2021)、(3031)的晶面)在高效率、低效率衰退(efficiency droop)的发光二极管(LED)以及高功率长波长激光二极管(LD)上有着极大的潜力和优势。

现在已经有少量报道在C面GaN上成功制备了垂直腔面出光的蓝光激光器(VCSEL)，然而，尚且没有在半极性面衬底上制备的垂直腔面出光的激光器。一个主要原因是无法获得大面积高质量无层错的半极性GaN。研究表明，(2021)晶向的GaN在绿光发光二极管和绿光侧面出光的激光器方面有很大的优势和潜力。因此，人们期望获得一种大面积高质量无层错的半极性GaN模板，并能够在生产的(2021)GaN模板上制备垂直腔面出光的激光器。

发明内容

本发明旨在解决上述和/或其他技术问题并提供一种基于半极性氮化镓衬底的发光装置及其制造方法。

根据示例性实施例，一种发光装置包括：氮化镓衬底，包括沿半极性晶相生长的半极性氮化镓晶体；第一反射结构，在氮化镓衬底上；发光结构，在第一反射结构上；第二反射结构，在发光结构上。

氮化镓衬底包括沿半极性晶相(2021)生长的半极性氮化镓晶。氮化镓衬底的层错的数量为0。

第一反射结构包括第一分布布拉格反射结构。第一分布布拉格反射结构包括具有第一折射率的多个第一介质层和具有与第一折射率不同的第二折射率的多个第二介质层，其中，第一介质层在氮化镓衬底上或在第二介质层上，第二介质层在第一介质层上。第一介质层为n⁺⁺型GaN层，第二介质层为n型GaN层。

第一介质层包括纳米孔。第一介质层包括的纳米孔的密度为10％至80％，或者纳米孔的孔径为为5～100nm，优选值为10至20nm。第一介质层的第一折射率为0至2.5nm，优选值为1.5～2。

通过电化学蚀刻来形成第一介质层中的纳米孔。所述发光装置还包括在氮化镓衬底和第一反射结构之间的导电层和隔离层，其中，导电层在氮化镓衬底上，以在用于形成第一介质层中的纳米孔的电化学蚀刻中被用作传输电子的介质(这里，导电层可以不是直接的电极，由于整个结构可以被放入电解液中，其中一个加电的负电极会浸入到电解液中，然后通过电解液将电子传输到导电层)；隔离层在导电层上并位于导电层和第一反射结构之间，以在用于形成第一介质层中的纳米孔的电化学蚀刻中将导电层与电化学蚀刻所采用的溶剂隔离开。

发光结构包括：有源层，在第一反射结构上；电子阻挡层，在有源层上；隧道结层，在电子阻挡层上。

第二反射结构包括第二分布布拉格反射结构。第二分布布拉格反射结构包括具有第三折射率的多个第三介质层和具有与第三折射率不同的第四折射率的多个第四介质层，其中，第三介质层在发光结构上或在第四介质层上，第四介质层在第三介质层上。第三介质层为n++型GaN层，第四介质层为n型GaN层。

第三介质层包括纳米孔。第三介质层包括的纳米孔的密度为10％至80％，或者纳米孔的孔径为5～100nm，优选值为10至20nm。第三介质层的第三折射率为0至2.5nm，优选值为1.5～2。