CN209912889U - 一种复合dbr结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合DBR结构，属于微电子技术领域。该复合DBR结构至少一个周期结构，其中所述周期结构包括：多孔层以及设于所述多孔层之上。本实用新型的复合DBR结构周期数更小，几何厚度更薄，应力调节效果更好，晶体质量更高。相对于传统DBR结构表现出了更加优异的反射性能，能够被广泛的应用于LED器件中。

Description

一种复合DBR结构

技术领域

本申请涉及微电子技术领域，特别是涉及一种复合DBR结构。

背景技术

分布式布拉格反射镜(DBR)，即由半导体衬底的外延层上生长的折射率高低不同的材料组成的周期性结构，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4，由于其高反射的特性可减少衬底的光吸收，以提高半导体器件的光效率，因此在半导体器件中有着相当广泛的应用。从DBR发展的这二十多年的过程看，呈现出如下发展特点：(1)在DBR结构的材料选择方面，倾向于选用厚度更薄的材料；(2)把增大DBR的反射率作为提高半导体器件出光效率的主要研究方向。但是如何在此基础上进一步提高DBR的反射性能，同时不断降低DBR的几何厚度，制造出性能更好厚度更薄的DBR结构，依然是DBR技术发展过程中亟待解决的难题。

实用新型内容

本申请提供了一种复合DBR结构。

根据申请的一实施例，该复合DBR结构包括：至少一个周期结构，其中所述周期结构包括：多孔层以及设于所述多孔层之上的多层结构。

在本申请的另一实施例中，所述多孔层由GaN基材料制成。

在本申请的另一实施例中，所述多孔层由GaN制成。

在本申请的另一实施例中，所述多层结构包括：周期性设置的GaN层及形成于所述GaN层之上的Al_XIn_YGa_1-X-YN层，其中，0≤x＜l，0≤y＜l，x+y＜l。

在本申请的另一实施例中，所述多层结构为超晶格结构。

在本申请的另一实施例中，所述多孔层的厚度为80-90nm。

在本申请的另一实施例中，至少一个周期结构中的多孔层的孔隙率朝着出光的方向依次增加。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的复合DBR结构具有多孔层，以及周期性形成于多孔层之上的多层结构，多孔层通过形成于空隙中的空气层来降低自身的折射率，以提高其与多层结构的折射率差值从而实现高反射率与高出光率，并且只要孔隙率(多孔层中的空气体积与多孔层的总体积的比率)增加，则可以显著减少DBR结构的周期数，降低其几何厚度。由于本实用新型的复合DBR结构具有优异的反射性能，因此实际应用时无需剥离供DBR结构生长的Si衬底，简化了工艺流程，提高了成品率。不仅如此，复合DBR结构中多层结构能够进一步降低了整体结构的厚度，并增强其实用性，同时可以根据不同入射光的需求，生长不同厚度的多层结构，以改善复合DBR结构的反射光谱。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型的复合DBR结构的示意图。

图2a及2b为四种DBR结构的白光反射谱。

图3为多个周期结构的截止禁带宽度相互叠加的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1所示为本实用新型的一实施例中的复合DBR结构的示意图，该复合DBR结构包括至少一个周期结构100，该周期结构100包括多孔层11，以及设于多孔层11之上的多层结构20。

图1所示的实施例中共给出了两个周期的周期结构100，但本实用新型中的周期结构100的数量并不以此为限，

多孔层11可由GaN基材料制成，所谓GaN基材料，即至少包含Ga原子和N原子的化合物，例如GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN等。因此，多孔层11可例如为多孔GaN等。

多层结构20包括：周期性设置的GaN层21以及形成于GaN层21之上的Al_XIn_YGa_1-X-YN层22(0≤x≤l，0≤y≤l，x+y≤l)。优选地，多层结构20为超晶格层。Al_XIn_YGa_1-X-YN与GaN的晶格高度匹配，在生长过程中还能够及时释放应力，以减少晶体层上裂纹的产生，从而生长得到高质量的晶体层。GaN层21和Al_XIn_YGa_1-X-YN层22的周期数可根据具体设计需求而定。

多孔层11或多层结构20的几何厚度D可通过下列公式计算：D＝λ/4/N，(其中λ为中心反射波长，λ/4为多孔层或多层结构的光学厚度，N为多孔层或多层结构的折射率)。多孔层11的厚度为30-200nm，较佳地为70-175nm，更佳的可为80-90nm。

由光学薄膜理论可以得知，DBR的光谱反射率和半峰全宽都随其材料折射率差的增大而增大，所以要想获得较好的DBR反射光谱，应该使其材料折射率差尽可能大。本实用新型中，多孔层11为低折射率膜层，多层结构20为高折射率膜层。

多孔层11中的多孔结构会引入空气，因此多孔层11比普通半导体层的折射率更低。因为根据经验公式：多孔GaN的折射率＝空气的折射率x孔隙率+GaN的折射率x(1-孔隙率)，其中，孔隙率是指多孔层中的空气体积与多孔层的总体积的比率，GaN的折射率约为2.5，空气的折射率约为1。

随着孔隙率(多孔层中的空气体积与多孔层的总体积的比率)增加，多孔层的折射率不断下降，因此能够进一步提高与相邻的多层结构的折射率差值以实现高反射率，使得DBR结构的周期数显著减少，降低了DBR结构的整体厚度。

传统的DBR结构中，由于供DBR结构生长的Si衬底具有较强的吸光特性，导致DBR结构的反射率降低，影响半导体器件的出光率，从而在埋置有DBR的半导体器件中，Si衬底通常会被剥离。而本实用新型的复合DBR结构由于具有优异的反射性能，因此实际应用时无需剥离供DBR结构生长的Si衬底，简化了工艺流程，提高了成品率。

表1所示为四种DBR结构的白光反射谱，当反射波长为460nm时，在室温下测试了四种DBR结构的白光反射谱，其中1-多孔GaN层+GaN/Al_XIn_YGa_1-X-YN多层结构DBR结构为本申请的一实施例中复合DBR结构；2-AlN/GaN DBR、3-AlInN/GaN DBR、以及4-AlGaN/GaN DBR为现有技术中的其他DBR结构，经比较得出下表：

表1

从上表的内容可以得知，本申请的一实施例中的多孔GaN层+GaN/Al_XIn_YGa_1-X-YN多层结构DBR经过5个周期即能达到反射率为1的反射效果，而其他DBR结构分别需要16、20、以及32个周期才能达到相同的反射效果；本实用新型的复合DBR结构需要的周期数最少，对应的几何厚度最薄，得到的禁带带宽最大，相对于其他三种传统DBR结构表现出了更加优异的反射性能。

图2a为应用本申请中的DBR结构应用到LED器件中的一实施例，如图2a所示，该LED器件包括衬底1、成核层2、缓冲层3、n型掺杂的DBR结构4、有源区5、p型掺杂的DBR结构6、正电极7/8，负电极9。

图2b为应用本申请中的DBR结构应用到LED器件中的一实施例，如图2b所示，该LED器件包括衬底1、成核层2、缓冲层3、n型掺杂的DBR结构4、有源区5、p型掺杂的DBR结构6、正电极7，负电极9。图2b与图2a的区别在于，由于器件结构设计的不同，出光位置不同。

在本实用新型的另一实施例中，DBR结构中多个周期结构100中的多孔层11的孔隙率，朝着某一方向逐渐递增，不同的孔隙率对应不同的截止禁带宽度，通过多个不同孔隙率的周期结构100的叠加，从而实现DBR结构总体实现较宽的截止禁带宽度。如图3所示，图3为多个周期结构100的截止禁带宽度相互叠加的示意图。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种复合DBR结构，其特征在于，包括：

至少一个周期结构，其中所述周期结构包括：

多孔层；以及

多层结构，设于所述多孔层之上，其中所述多层结构包括：周期性设置的GaN层及形成于所述GaN层之上的Al_XIn_YGa_1-X-YN层，其中，0≤x≤l，0≤y≤l，x+y≤l。

2.根据权利要求1所述的复合DBR结构，其特征在于，所述多孔层由GaN基材料制成。

3.根据权利要求2所述的复合DBR结构，其特征在于，所述多孔层由GaN制成。

4.根据权利要求1所述的复合DBR结构，其特征在于，所述多层结构为超晶格结构。

5.根据权利要求1所述的复合DBR结构，其特征在于，所述多孔层的厚度为30-200nm。

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