本發(fā)明屬于氮化物光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種GaN基多孔DBR的制備方法。

背景技術(shù)：

在氮化物光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域，高反射性GaN基DBR(Distributed Bragg Reflector，分布布拉格反射鏡)在高亮度LED、諧振腔增強(qiáng)LED(RCLED)和垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)及探測(cè)器方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。不過，對(duì)于傳統(tǒng)的GaN基DBR，如外延以AlN/GaN系為代表的氮化物DBR，由于AlN/GaN的晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異，實(shí)際過程中制備高質(zhì)量AlN/GaN系DBR困難極大。同時(shí)，由于AlN/GaN的折射率差較小，往往需要增加更多的周期數(shù)并引入超晶格插入層來實(shí)現(xiàn)反射鏡的高反射率，這將進(jìn)一步增加AlN/GaN系DBR的外延難度。因此，以AlN/GaN系為代表的傳統(tǒng)氮化物DBR生長(zhǎng)程序復(fù)雜，外延條件極為苛刻且重復(fù)率不高，是一直以來困擾GaN基DBR走向?qū)嶋H應(yīng)用的難題。

另一種可替代方案是通過激光剝離使外延層從襯底上脫落，然后在剝離GaN面沉積介質(zhì)DBR層或金屬反射鏡再與其它襯底熱壓鍵合或電鍍銅襯底。該方法規(guī)避了外延傳統(tǒng)氮化物DBR的難題，可以實(shí)現(xiàn)諧振腔高反射率的底部反射鏡，有利于獲得高品質(zhì)因子的諧振微腔。不過激光剝離的方法成本較高，且剝離后的外延層底部很不平整，需要經(jīng)過化學(xué)磨拋以實(shí)現(xiàn)剝離面的平坦化，從而降低散射損耗。此外，為了盡量減輕激光剝離對(duì)有源區(qū)的影響，往往需要采用較長(zhǎng)的諧振腔長(zhǎng)使有源區(qū)遠(yuǎn)離剝離面，但這會(huì)降低諧振腔的品質(zhì)因子。因此，通過剝離襯底再沉積介質(zhì)DBR底鏡的方法，其器件工藝復(fù)雜且難以推廣。

GaN基多孔DBR可以從根本上突破諧振腔高反射率底部反射鏡的技術(shù)壁壘。通過電化學(xué)腐蝕摻雜濃度周期調(diào)制的氮化物外延結(jié)構(gòu)，可選擇性的在重?fù)诫s層內(nèi)形成橫向空氣孔道，從而改變?cè)搶硬牧系挠行д凵渎?，而非摻雜層(或輕摻雜層)則不會(huì)受到腐蝕影響。這時(shí)空氣隙的引入將使多孔GaN層與非多孔層產(chǎn)生一定的折射率差，從而形成多孔GaN層和非多孔層交替堆疊的DBR復(fù)合結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種GaN基多孔DBR的制備方法，通過在外延結(jié)構(gòu)中直接生長(zhǎng)摻雜濃度周期調(diào)制的氮化物層，并采用橫向電化學(xué)腐蝕技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫讓雍头嵌嗫讓咏惶娑询B的多周期復(fù)合結(jié)構(gòu)，形成多孔DBR。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種GaN基多孔DBR的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在一襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、n型GaN導(dǎo)電層、交替堆疊的n型高摻雜層和非摻雜層，該交替堆疊的n型高摻雜層和非摻雜層構(gòu)成多周期的氮化物外延結(jié)構(gòu)；

步驟2：在氮化物外延結(jié)構(gòu)的上表面沉積絕緣介質(zhì)層；

步驟3：通過光刻、腐蝕在絕緣介質(zhì)層的上表面的一側(cè)形成電極窗口，同時(shí)在電極窗口以外區(qū)域形成凹槽；

步驟4：采用干法刻蝕技術(shù)向下刻蝕電極窗口形成電極臺(tái)面，同時(shí)向下刻蝕凹槽以暴露氮化物外延結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形成腐蝕凹槽；

步驟5：對(duì)暴露側(cè)壁的氮化物外延結(jié)構(gòu)進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，形成周期性的多孔DBR；

步驟6：利用濕法腐蝕去除絕緣介質(zhì)層，完成制備。

本發(fā)明的有益效果是，該方法只需外延摻雜濃度周期調(diào)制的氮化物層，不存在晶格失配問題，且多孔DBR可通過調(diào)節(jié)外延及腐蝕條件實(shí)現(xiàn)反射率可控、高反帶可調(diào)。該方法規(guī)避了傳統(tǒng)氮化物反射鏡的外延難題，且實(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單、可重復(fù)性高，將極大推動(dòng)GaN基DBR在氮化物L(fēng)ED及其諧振腔光電器件中的應(yīng)用。

附圖說明

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中：

圖1為本發(fā)明的制備流程示意圖；

圖2-圖5為本發(fā)明制備過程的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的多孔DBR掃描電子顯微鏡圖片(SEM圖)；

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的多孔DBR的反射譜圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，并結(jié)合圖2-圖5所示，本發(fā)明提供一種GaN基多孔DBR的制備方法。包括如下步驟：

步驟1：采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)在一襯底10上依次生長(zhǎng)緩沖層11、n型GaN導(dǎo)電層12、交替堆疊的n型高摻雜層13和非摻雜層14，該交替堆疊的n型高摻雜層13和非摻雜層14構(gòu)成多周期的氮化物外延結(jié)構(gòu)14’；

其中所述襯底10為藍(lán)寶石、硅或碳化硅；所述緩沖層11由依序生長(zhǎng)的低溫GaN形核層和非摻雜GaN層組成，可用作形核層的材料還包括AlN、ZnO或石墨烯；所述n型GaN導(dǎo)電層的摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3；

所述交替堆疊的高摻雜層13與非摻雜層14為GaN材料，其中非摻雜層13與n型高摻雜層14的摻雜濃度分別為5×10¹⁶cm^-3和1×10¹⁹cm^-3，共外延12周期；

步驟2：采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉(PECVD)在在氮化物外延結(jié)構(gòu)14’的上表面沉積絕緣介質(zhì)層15(參閱圖3)，為SiO₂材料，厚度為200-900nm，其它可用作絕緣介質(zhì)層15的材料還包括SiN_x或光刻膠；

步驟3：通過光刻、腐蝕在絕緣介質(zhì)層15的上表面的一側(cè)形成電極窗口15’(參閱圖3)，同時(shí)在電極窗口15’以外區(qū)域形成周期性的凹槽，所述凹槽形狀為長(zhǎng)條形且垂直于電極窗口區(qū)域；

步驟4：采用采用電感耦合等離子(ICP)干法刻蝕技術(shù)向下刻蝕電極窗口形成電極臺(tái)面12’(參閱圖4)，同時(shí)向下刻蝕凹槽以暴露氮化物外延結(jié)構(gòu)14’的側(cè)壁形成腐蝕凹槽；也可以在形成電極臺(tái)面12’后，直接對(duì)電極臺(tái)面以外區(qū)域進(jìn)行激光劃刻來獲得腐蝕凹槽以暴露側(cè)壁；

步驟5：采用金屬Pt陽極夾持n型GaN導(dǎo)電層的電極臺(tái)面12’(參閱圖4)，以另一金屬Pt片作為對(duì)陰極，以稀HNO₃為電解液在恒定電壓下(5-10V)對(duì)暴露側(cè)壁的氮化物外延結(jié)構(gòu)14’進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，這時(shí)n型高摻雜層14將被選擇性的轉(zhuǎn)化為多孔層，從而形成多孔層與非摻雜層周期堆疊的多孔DBR層17；

步驟6：腐蝕結(jié)束后，利用稀HF酸濕法腐蝕去除多孔DBR以上的絕緣介質(zhì)層15，并用去離子水超聲清洗，氮?dú)獯蹈?，至此完成多孔DBR制備(參閱圖5)。

需要說明的是，經(jīng)步驟4形成電極臺(tái)面12’后，也可以先在電極臺(tái)面12’區(qū)域沉積Cr/Al/Ti/Au，Ni/Au，Cr/Pt/Au，Ni/Ag/Pt/Au，Ti/Au或Ti/Pt/Au金屬電極，再用金屬Pt陽極夾持該電極區(qū)域進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，以使外電壓在外延材料表面的壓降分布更為均勻。

圖6給出了優(yōu)選實(shí)施例中該GaN基多孔DBR的SEM圖。其中，SEM圖內(nèi)的多孔層為經(jīng)電化學(xué)腐蝕后的重?fù)诫sGaN層，而未腐蝕的GaN層為非摻雜層。兩層材料由于空氣隙的引入存在折射率差，并交替堆疊構(gòu)成復(fù)合式多孔DBR結(jié)構(gòu)。

圖7給出了優(yōu)選實(shí)施例中該GaN基多孔DBR對(duì)應(yīng)的反射譜圖。反射譜圖中的橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為反射率，從反射譜圖可以看出，該多孔DBR在520nm附近具有極高的反射率以及較寬的高反射帶，可以滿足同波段高亮綠光LED、GaN基綠光RCLED、VCSEL對(duì)于高反射率底部反射鏡的要求。

值得說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。