[发明专利]一种GaN基DBR及其制备方法

说明书

本发明涉及一种GaN基DBR的制备方法，包括以下步骤：首先在本征GaN基底上外延第一层本征GaN层，在第一层本征GaN层的中部区域进行离子注入掺杂；在掺杂后的第一层本征GaN层上再外延第二层本征GaN层和第三层本征GaN层，在第三层本征GaN层的中部区域进行离子注入掺杂；在掺杂后的第三层本征GaN层上再外延第四层本征GaN层；重复上述步骤，形成多层重复结构，通过蚀刻溶液对多层重复结构进行电化学腐蚀，掺杂区域被蚀刻溶液腐蚀形成空洞结构，得到具有GaN基/空气周期结构的DBR。由于空气和GaN的折射率的差异较大，光在DBR中传输时，部分传输方向与GaN/空气结构成一定角度的光子会在GaN柱和空气的界面形成衍射和全反射，从而增强了GaN基DBR对光的定向发射效率。

技术领域

本发明涉及发光定向技术领域，具体涉及一种能增强LED光定向发射的GaN/空气结构的DBR，本发明还涉及该DBR的制备方法。

背景技术

GaN为直接带隙半导体，因此具有很高的发光效率，这一特性使得GaN材料在发光器件领域有广泛的应用前景。但是由于GaN的带隙为3.4eV，其对应的带边发光波长在365.78nm左右，属于紫外光区域，限制了其在普通照明中的应用，不过In和Al元素可以掺入GaN中，形成合金材料，其中InN带隙为0.7eV，AlN带隙为6.2eV，在Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-xN合金中，随着Al和In组分的变化，带隙可以在0.7eV-6.2eV的范围内进行调制，其对应的发光的波长范围为200nm-1771nm，这样，GaN基半导体材料的带隙变化所对应的光谱变化范围可以从红外光到紫外光波区，可以应用到多个不同波长要求的照明领域。

然而现行工艺制备的GaN基LED发出的光是向四周发射的，而我们生活中的照明灯发射的光通常需要面向一个方向，而金属发射镜对光的吸收比较大，产热比较高，不适合作为定向发光的辅助件。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出了一种GaN基DBR制备的方法，该方法可靠性强，成本低，与现行GaN工艺兼容，光吸收小，可以有效提高GaN基LED光定向出射的效率。本发明的方案基于以下基本原理：GaN的折射率约为2.45，由于不同掺杂类型的GaN折射率差较小，因此不能有效形成发射。而空气的折射率为1，和GaN的折射率的差异较大，如果形成GaN/空气周期结构的DBR，则其将具有高的反射效率。

基于上述原理，本发明采取了以下技术方案。

本发明首先提出一种GaN基DBR的制备方法，包括以下步骤：

S1，首先在本征GaN基底上外延第一层本征GaN层；

S2，在第一层本征GaN层的中部区域进行离子注入掺杂；

S3，在掺杂后的第一层本征GaN层上再外延第二层本征GaN层；

S4，在第二层本征GaN层上外延第三层本征GaN层，在第三层本征GaN层的中部区域进行离子注入掺杂；在掺杂后的第三层本征GaN层上再外延第四层本征GaN层；

S5，多次重复上述步骤S4，形成多层重复结构；

S6，通过蚀刻溶液对所述多层重复结构进行电化学腐蚀，掺杂区域被蚀刻溶液腐蚀形成空洞结构，得到具有GaN基/空气周期结构的DBR。

作为本发明的GaN基DBR的制备方法的进一步改进，步骤S2和步骤S4中，所述离子为铝离子和/或铟离子。

作为本发明的GaN基DBR的制备方法的进一步改进，步骤S5中，重复步骤S4四次，形成包含有六层离子掺杂层的重复结构。

作为本发明的GaN基DBR的制备方法的进一步改进，步骤S6中，所述蚀刻溶液为氢氟酸、草酸或者氢氧化钠溶液。