CN117424071B - 一种半导体垂直腔面发光器件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种半导体垂直腔面发光器件，用以提高透光率，提高发光半导体的整体量子效率的问题。沿着生长方向包括：衬底；第一N型氮化铝镓层，其中，所述第一N型氮化铝镓层的两端顶面分别形成有一对金属电极；有源层；隧穿结构层，其中，所述隧穿结构层的两端顶面分别形成有一对金属电极；反射滤光层，所述反射滤光层包括交替设置的第一滤光层和第二滤光层，所述第一滤光层和所述第二滤光层x与y之间的差值在20%到60%之间，其中部分所述第一滤光层的厚度为与之相邻的第一滤光层的厚度的两倍，或；其中一层所述第二滤光层的厚度为与之相邻的第二滤光层的厚度的两倍。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种半导体垂直腔面发光器件。
背景技术
深紫外半导体激光器通过调节材料带隙自由选择波长，并且具有较高的光学效率。但是，基于氮化铝镓合金的III族氮化物紫外激光器的发展远远落后于基于氮化铟镓的激光器。
目前，相关技术中深紫外半导体激光器中采用的分布式布拉格反射层完全阻碍透光，降低了半导体发光器件的整体量子效率，因而深紫外电注入垂直腔面光源结构在低波段难以实现。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种半导体垂直腔面发光器件，用以提高透光率，提高发光半导体的整体量子效率。
而本申请为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
第一方面，本申请提供一种半导体垂直腔面发光器件，沿着生长方向包括：
衬底；
第一N型氮化铝镓层，其中，所述第一N型氮化铝镓层的两端顶面分别形成有一对金属电极；
有源层；
隧穿结构层，其中，所述隧穿结构层顶面的两端顶面分别形成有一对金属电极；
反射滤光层，所述反射滤光层对来自所述有源层的 260-300纳米深紫外光的透过率高于 80%，所述反射滤光层包括交替设置的第一滤光层和第二滤光层，所述第一滤光层的化学式为AlxGa(1-x)N，所述第二滤光层的材料的化学式为AlyGa(1-y)N，0<x<y≤1，且xy，x与y之间的差值在20%到60%之间；
其中部分所述第一滤光层的厚度为与之相邻的第一滤光层的厚度的两倍，或；
其中一层所述第二滤光层的厚度为与之相邻的第二滤光层的厚度的两倍。
本申请部分实施例中，所述第一滤光层的厚度为20纳米，x为60%，所述第二滤光层的厚度为30纳米，y在多组所述第二滤光层中逐渐从80%变为100%。
本申请部分实施例中，所述第一滤光层的厚度为40纳米，x为40%到60%，所述第二滤光层的厚度为20到40纳米，y为100%。
本申请部分实施例中，在部分所述第一滤光层的厚度为与之相邻的第一滤光层的厚度的两倍时，厚度为与之相邻的第一滤光层的厚度的两倍的第一滤光层分布于所述反射滤光层内。
本申请部分实施例中，在一层所述第二滤光层的厚度为与之相邻的第二滤光层的厚度的两倍时，厚度为与之相邻的第二滤光层的厚度的两倍的第二滤光层位于所述反射滤光层的正中间。
本申请部分实施例中，所述隧穿结构层沿着生长方向包括：
P型氮化铝镓层；
隧穿关联层；
第二N型氮化铝镓层；
N型铝组分渐变氮化铝镓层，包括多个N型氮化铝镓子层，所述多个N型氮化铝镓子层的铝含量沿所述隧穿结构层的生长方向从40% 递增到60%。
本申请部分实施例中，所述N型铝组分渐变氮化铝镓层的厚度为1纳米到10纳米之间，且为不掺杂本征半导体层或电子输运特性弱掺杂，其中，电子输运特性弱掺杂浓度为所述第二N型氮化铝镓层掺杂浓度的0到1/10范围内。
本申请部分实施例中，所述衬底背离所述有源层的侧面还设置有底部镜面反射层，所述反射滤光层背离所述有源层的一面设置有顶部镜面反射层。
本申请部分实施例中，所述底部镜面反射层与所述顶部镜面反射层均为金属镜面反射层。
本申请部分实施例中，所述有源层沿着外延生长方向包括多个氮化铝镓复合层和顶部氮化铝镓层，所述顶部氮化铝镓层位于所述多个氮化铝镓复合层顶部，所述顶部氮化铝镓层的厚度为1纳米到10纳米之间，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层，所述氮化铝镓复合层包括：
第一氮化铝镓层，所述第一氮化铝镓层厚度为1纳米到10纳米之间，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层；
第二氮化铝镓层，所述第二氮化铝镓层厚度为所述第一氮化铝镓层的一半，且为不掺杂本征半导体层，铝组分为0%到50%之间；
第三氮化铝镓层，所述第三氮化铝镓层和所述第二氮化铝镓层的厚度比为25%到50%，所述第三氮化铝镓层的铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层；
第四氮化铝镓层，所述第四氮化铝镓层厚度和所述第三氮化铝镓层的厚度比为25%到50%，铝组分为60%以上，且为p型掺杂；
第五氮化铝镓层，所述第五氮化铝镓层厚度和所述第四氮化铝镓层的厚度比为25%到50%，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层。
综上，由于采用了上述技术方案，本申请至少包括如下有益效果：
本申请所提供的一种半导体垂直腔面发光器件，本申请通过将反射滤光层包括第一滤光层和第二滤光层，多个第一滤光层和多个第二滤光层依次交替设置，两者之间铝组分差别相差较大，因而使得两者之间折射率差别大，从而导致反射滤光层在特定波段（例如260纳米到300纳米）的反射率小，透射率高。另外，由于其中部分第一滤光层的厚度为与之相邻的第一滤光层的厚度的两倍，或；其中一层第二滤光层的厚度为与之相邻的第二滤光层的厚度的两倍。即反射滤光层中第一滤光层或第二滤光层的厚度不一样（厚度变大阻碍反射，使得特定波段透射的概率增高），导致反射滤光层的透射率高，如此，在两者共同作用（反射滤光层5中第一滤光层5a或第二滤光层5b的厚度不一样和第一滤光层5a与第二滤光层5b铝组分差异较大）下，反射滤光层针对来自有源层的深紫外光的透过率一般高于80%，实现了对深紫外光源结构的高透射效果和高光提取效率，如此，能够大幅度提高包含了该反射滤光层的发光半导体的整体量子效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制，其中：
图1为本申请实施例所提供的半导体垂直腔面发光器件的一种结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的反射滤光层的一种结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一个模拟效果图和实际效果图；
图4为本申请实施例所提供的反射滤光层的另一种结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的隧穿结构层的一种结构示意图；
图6为本申请实施例所提供的半导体垂直腔面发光器件的另一种结构示意图；
图7为本申请实施例所提供的有源层的一种结构示意图；
图8为本申请实施例提供的顶部镜面反射层和反射滤光层的面积比的示意图。
附图标记如下所示：
1、衬底；2、第一N型氮化铝镓层；3、有源层；31、氮化铝镓复合层；311、第一氮化铝镓层；312、第二氮化铝镓层；313、第三氮化铝镓层；314、第四氮化铝镓层；315、第五氮化铝镓层；32、顶部氮化铝镓层；4、隧穿结构层；41、P型氮化铝镓层；42、隧穿关联层；43、第二N型氮化铝镓层；44、N型铝组分渐变氮化铝镓层；5、反射滤光层；5a、第一滤光层；5b、第二滤光层；6、底部镜面反射层；7、顶部镜面反射层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本申请所保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，词语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义为两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为示例性”的任何实施例不一定被解释为比其他实施例更优选或更具优势。为使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其他实例中，不会对已知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理的最广范围相一致。
电注入式垂直腔面发射光电器件，如VCSEL，出光方向与外延片表面垂直，集成为高密度二维阵列时，能够提供比单管边发射激光器更大的发光功率，电注入式VCSEL 适用于需要高准直性光源的应用场合。氮化铝镓基深紫外激光器相比于LED 具有体积更小、相干性好、光束集中等优点，功率密度高、发光更集中的特点，发挥其更显著的杀菌消毒效果。深紫外半导体激光器可以通过调节材料带隙自由选择波长，并且具有较高的光学效率。III族氮化物材料覆盖红外光到深紫外光波段。但是，基于氮化铝镓合金的III族氮化物紫外激光器的发展远远落后于基于氮化铟镓的激光器。氮化铝镓激光器在工艺方面的主要问题在于晶体质量差，内量子效率对位错密度更加敏感。基于氮化镓的许多可见光器策略不适用于深紫外光器件。另外p型III族氮化物材料低电导率导致较低的空穴注入效率，以及氮化铝镓材料中存在强极化效应。
目前，深紫外电注入垂直腔面光源结构在低波段难以实现的原因在于难以实现高铝组分的氮化铝镓合金材料的同时更难以实现其p型掺杂，而且分布式布拉格反射层完全阻碍透光，降低了半导体发光器件的整体量子效率。
为了提高深紫外电注入式垂直腔面光源结构的出光效率和载子注入，提高工艺制备效率，需要开发新型深紫外垂直腔面光源结构，能够同时满足以下几个要素：
大幅度简化制备工艺，
大幅度减少或者消除外延生长表面侧对深紫外光的吸收，
大幅度减少或者消除衬底侧对深紫外光的吸收，
大幅度减小深紫外激光结构的运行电压，
大幅度提高外延生长表面侧光的全反射，但反射率略低于衬底侧反射率，从而形成光学谐振，达到外延生长表面侧出光激射的目的，
大幅度提高衬底侧对深紫外光的全反射，或者将衬底侧的出光经过反射后从外延生长表面侧导出，
增加出光效率的同时，保持或者提升深紫外电注入式垂直腔面光源结构的载子注入效率和电流扩散长度（current spreading length），
增加出光效率的同时，保持或者提升深紫外电注入式垂直腔面光源器件膜层的晶体质量，降低晶体的位错密度，避免晶圆表面裂纹的形成。
基于此，参见图1所示，图1为本申请实施例所提供的半导体垂直腔面发光器件的一种结构示意图，本申请提供一种半导体垂直腔面发光器件，沿着生长方向包括：
衬底1，可以理解，衬底1为蓝宝石、硅片、氮化铝、氮化镓、氮化铝镓或碳化硅等材质，为后续的外延层生成所必须的支撑，衬底1的上方沿着生长方向可以生长缓冲层，其中缓冲层为氮化铝外延层。
第一N型氮化铝镓层2，其中，第一N型氮化铝镓层2的两端顶面分别形成有一对金属电极，可以理解，第一N型氮化铝镓层2含有的铝组分大于等于40%。
有源层3，具体的，有源层3包括氮化铟镓、氮化铝镓及氮化铝外延材料组成的量子阱、量子点和量子盘结构以实现本实施例中发光半导体70%以上的内量子效率，有源层3的发光波段位于260纳米到340纳米之间，可以理解的是，有源层3与隧穿结构层4之间可以设有电子阻挡层。
隧穿结构层4，其中，隧穿结构层4的两端顶面分别形成有一对金属电极，可以理解的是，隧穿结构层4可以为N型层、隧穿关联层42及P型层，其中隧穿关联层42可以为N型层与P型层之间额外设置的隧穿结，也可以为N型层与P型层之间形成的隧穿结。
反射滤光层5，反射滤光层5包括交替设置的第一滤光层5a和第二滤光层5b，第一滤光层5a的化学式为AlxGa(1-x)N，第二滤光层5b的材料的化学式为AlyGa(1-y)N，0<x<y≤1，且xy，x与y之间的差值在20%到60%之间，可以理解的是，x为第一滤光层5a中铝组分，y为第二滤光层5b中铝组分。
其中部分第一滤光层5a的厚度为与之相邻的第一滤光层5a的厚度的两倍，或；
其中一层第二滤光层5b的厚度为与之相邻的第二滤光层5b的厚度的两倍。
需要说明的是，金属电极可以采用刻蚀工艺形成。
可以理解的是，本申请实施例根据不同衬底1材料的导电性，通过刻蚀工艺，部分去除第一N型氮化铝镓层2、有源层3、隧穿结构层4及反射滤光层5，在暴露出的第一N型氮化铝镓层2部分和隧穿结构层4中的n型层部分设置同一面的金属电极，形成横向结构的垂直腔面半导体光源器件。
本申请实施例的工作原理：采用氮化铝镓材料形成的反射滤光层5（具体的，反射滤光层5可以为类分布式布拉格反射滤光层5外延层）。该层包含10组以上的具有不同铝组分的滤光复合层（即，由两层具有不同铝组分的氮化铝镓层（第一滤光层5a和第二滤光层5b），例如第一滤光层（5a）的化学式为AlxGa(1-x)N，第二滤光层（5b）的材料的化学式为AlyGa(1-y)N，0<x<y≤1，且xy，x与y中的铝组分之间的差值在20%到60%之间），x与y之间的差值在20%到60%之间。
本申请实施例的有益效果：第一，由于反射滤光层5包括交替设置的第一滤光层5a和第二滤光层5b，多个第一滤光层5a和多个第二滤光层5b依次交替设置，两者之间铝组分差别相差较大，因而使得两者之间折射率差别大，从而导致反射滤光层5在特定波段（例如260纳米到300纳米）的反射率小，透射率高。另外，由于其中部分第一滤光层5a的厚度为与之相邻的第一滤光层5a的厚度的两倍，或；其中一层第二滤光层5b的厚度为与之相邻的第二滤光层5b的厚度的两倍。即反射滤光层5中第一滤光层5a或第二滤光层5b的厚度不一样（厚度变大阻碍反射，使得特定波段透射的概率增高），导致反射滤光层5的透射率高，如此，在两者共同作用（反射滤光层5中第一滤光层5a或第二滤光层5b的厚度不一样和第一滤光层5a与第二滤光层5b铝组分差异较大）下，反射滤光层5针对来自有源层3的深紫外光的透过率一般高于80%，实现了对深紫外光源结构的高透射效果和高光提取效率，如此，能够大幅度提高包含了该反射滤光层5的发光半导体的整体量子效率。
第二，由于多个第一滤光层5a和多个第二滤光层5b依次交替设置，两者之间光学带隙相差较大，从而在异质结界面处会形成周期性的二维电子气，从而有助于电流的横向扩散，从而增强导电率，提高光注入，从而提高反射滤光层5的内量子效率，因此，能够提高包含了该反射滤光层5的发光半导体的整体量子效率。
第三，反射滤光层5为非掺杂，可降低反射滤光层5的外延成本。
本申请部分实施例中，第一滤光层5a的厚度为20纳米，x为60%，第二滤光层5b的厚度为30纳米，y在多组第二滤光层5b中逐渐从80%变为100%。
本申请部分实施例中，第一滤光层5a的厚度为40纳米，x为40%到60%，第二滤光层5b的厚度为20到40纳米，y为100%。
示例性的，可以将第一滤光层5a的厚度设置为40纳米，x为58%，第二滤光层5b的厚度设置为28纳米，y为100%。
可以理解的是当y为100%，第二滤光层5b为氮化铝。
参见图2所示，图2为本申请实施例所提供的反射滤光层的一种结构示意图本申请部分实施例中，在部分第一滤光层5a的厚度为与之相邻的第一滤光层5a的厚度的两倍时，厚度为与之相邻的第一滤光层5a的厚度的两倍的第一滤光层5a分布于反射滤光层5内。
示例性的，可以将反射滤光层5内第一滤光层5a和第二滤光层5b设置为如下排布形式,其中，具有第一厚度的第一滤光层5a标记为5a1，具有第二厚度的第一滤光层5a标记为5a2，第二厚度为第一厚度的两倍：
5a1 5b 5a1 5b 5a2 5b 5a1 5b 5a1 5b 5a2 5b 5a1 5b 5a1 5b 5a2 5b。
参见图3所示，图3示出了本申请实施例的一个模拟效果图和实际效果图。该模拟效果图和实际效果图的参数调整条件为将第一滤光层5a的厚度设置为40纳米，x为58%，第二滤光层5b的厚度设置为28纳米，y为100%，且将将反射滤光层5内第一滤光层5a和第二滤光层5b设置为如下排布形式：
5a1 5b 5a1 5b 5a2 5b 5a1 5b 5a1 5b 5a2 5b 5a1 5b 5a1 5b 5a2 5b。
从图3可以看出，在特定波段（280纳米到300纳米的范围内），反射滤光层5的反射率小于百分之20，透射率大于百分之80，可以理解的是，透射率与反射率之和为百分之百。
参见图4所示，图4为本申请实施例所提供的反射滤光层的另一种结构示意图，本申请部分实施例中，在一层第二滤光层5b的厚度为与之相邻的第二滤光层5b的厚度的两倍时，厚度为与之相邻的第二滤光层5b的厚度的两倍的第二滤光层5b位于反射滤光层5的正中间。
示例性的，可以将反射滤光层5内第一滤光层5a和第二滤光层5b设置为如下排布形式,其中，具有第一厚度的第二滤光层5b标记为5b1，具有第二厚度的第二滤光层5b标记为5b2，第二厚度为第一厚度的两倍：
5a 5b1 5a 5b1 5a 5b1 5a 5b1 5a 5b2 5a 5b1 5a 5b1 5a 5b1 5a 5b1 5a。
参见图5所示，图5为本申请实施例所提供的隧穿结构层的一种结构示意图，在本申请部分实施例中，隧穿结构层4沿着生长方向包括：
P型氮化铝镓层41，可以理解，P型氮化铝镓层41可以为一层或者多层，P型氮化铝镓层41采用镁、锌或铍元素作为掺杂元素，P型氮化铝镓层41对来自有源层3的深紫外出光不构成吸收或吸收率低于10%。
隧穿关联层42，可以理解，隧穿关联层42的厚度为10纳米以下，隧穿关联层42主要材料为III族金属氮化镓（MGaN，M=Al、In或Ga），其禁带宽度远小于P型氮化铝镓层41,该隧穿关联层42一般不掺杂本征半导体层或弱n型掺杂。
第二N型氮化铝镓层43，可以理解，第二N型氮化铝镓层43可以为一层或者多层，第二N型氮化铝镓层43主要采用硅或者锗为掺杂元素，掺杂浓度为，且第二N型氮化铝镓层43对来自有源层3的深紫外出光不构成吸收或者吸收率低于10%。
N型铝组分渐变氮化铝镓层44，包括多个N型氮化铝镓子层，多个N型氮化铝镓子层的铝含量沿隧穿结构层4的生长方向从40% 递增到60%。
可以理解的是，在第二N型氮化铝镓层43上形成一层N型铝组分渐变氮化铝镓层44，可以调控顶部外延生长的反射滤光层5的应力分配，防止整个半导体发光器件内部结构层产生裂片的风险。
在本申请部分实施例中，N型铝组分渐变氮化铝镓层44的厚度为1纳米到10纳米之间，且为不掺杂或电子输运特性弱掺杂，其中，电子输运特性弱掺杂浓度为第二N型氮化铝镓层43掺杂浓度的0到1/10范围内，例如。
可以理解的是，N型铝组分渐变氮化铝镓层44的渐变可以为直线渐变和曲线渐变，其中，曲线渐变包括按照幂指数曲线渐变，也可以按照其它曲线渐变。
参见图6所示，图6为本申请实施例所提供的半导体垂直腔面发光器件的另一种结构示意图，在本申请部分实施例中，衬底1背离有源层3的侧面还设置有底部镜面反射层6，反射滤光层5背离有源层3的一面设置有顶部镜面反射层7。
可以理解的是，当衬底1背离有源层3的侧面还设置有底部镜面反射层6，反射滤光层5背离有源层3的一面设置有顶部镜面反射层7，由有源层3发出的深紫外光经过底部镜面反射层6和顶部镜面反射层7的多次来回反射能够使得汇聚到出光口上的光量子效率更高。
需要说明的是，其中，顶部镜面反射层7和反射滤光层5的面积比在5:1至1:5范围内，如此，可以调控发光半导体光源光斑的尺寸，参见图7所示。图7为本申请实施例提供的顶部镜面反射层和反射滤光层的面积比的示意图。
顶部镜面反射层7的形状可以为方形，也可以为圆形。
在本申请部分实施例中，底部镜面反射层6与顶部镜面反射层7均为金属镜面反射层，需要说明的是，金属镜面反射层可以为深紫外高反材料铝、镍、钒、金、锡等中的一种，需要说明的是，金属镜面反射层可以为采用金属蒸镀的方式得到，另外的，可以将衬底1进行减薄抛光厚度到140微米以下再进行金属蒸镀。
可以理解的是，沿外延生长方向，对减薄后衬底1的厚度进行控制，还可调高或者调低有源层3的发光的反射率。
参见图8所示，图8为本申请实施例所提供的有源层的一种结构示意图，在本申请部分实施例中，本申请部分实施例中，有源层3沿着外延生长方向包括多个氮化铝镓复合层31和顶部氮化铝镓层32，顶部氮化铝镓层32位于多个氮化铝镓复合层31顶部，所述顶部氮化铝镓层32的厚度为1纳米到10纳米之间，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层，氮化铝镓复合层31包括：
第一氮化铝镓层311，第一氮化铝镓层311厚度为1纳米到10纳米之间，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层；
第二氮化铝镓层312，第二氮化铝镓层312厚度为第一氮化铝镓层311的一半，且为不掺杂本征半导体层，铝组分为0%到50%之间；
第三氮化铝镓层313，第三氮化铝镓层313和第二氮化铝镓层312的厚度比为25%到50%，第三氮化铝镓层313的铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层；
第四氮化铝镓层314，第四氮化铝镓层314厚度和第三氮化铝镓层313的厚度比为25%到50%，铝组分为60%以上，且为p型掺杂；
第五氮化铝镓层315，第五氮化铝镓层315厚度和第四氮化铝镓层314的厚度比为25%到50%，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层。
可以理解的是，铝组分的意思为氮化铝镓中铝占铝和镓的摩尔和的百分比。
可以理解的是，有源层3包含10到40组不同铝组分的AlzGa(1-z)N。 0%<z<60%, 每层厚度不超过10纳米。
可以理解，有源层3的具体结构可以如上所示，采用以上的有源层3在量子势垒层实现的p型的低浓度掺杂，有效提高电子注入，从而整体提高内量子效率，最终是实现高的光提取率。
本申请实施例的制备方法可以包括以下步骤：
采用基于氮化铝镓材料系统的深紫外电注入式垂直腔面光源结构，其发光波段为介于260纳米到340纳米之间。
衬底1包括但不限于：蓝宝石、硅片、氮化铝、氮化镓、氮化铝镓、碳化硅等等，该衬底1为绝缘体或者半绝缘体。
在衬底1表面的上方，形成氮化铝层以作为缓冲层。
在氮化铝层的上方，形成第一N型氮化铝镓层2，其采用的第一N型氮化铝镓层2包括但不限于：掺有硅元素的氮化铝镓层，其含铝组分高于40%。
在第一N型氮化铝镓层2的上方沿着晶圆的外延生长方向，形成有源层3。有源层3采用的外延材料包括但不限于：氮化镓，氮化铝镓，氮化铝等外延层组成的量子阱、量子点、量子盘等发光结构。
在有源层3的上方沿着晶圆的外延生长方向，有一层基于氮化铝镓的电子阻挡层。
在电子阻挡层的上方沿着晶圆的外延生长方向生长隧穿结构层4。隧穿结构层4采用的生长一个电注入隧穿反射复合层包括但不限于：基于隧穿效应的P型氮化铝镓层41，在其基于隧穿效应的P型氮化铝镓层41上方沿着晶圆的外延生长方向，生长一个第二N型氮化铝镓层43，在第二N型氮化铝镓层43的上方沿着晶圆的外延生长方向，其中包括最上层的N型铝组分渐变氮化铝镓层44。
在隧穿结构层4上方沿着晶圆的外延生长方向，生长包括有多个反射复合层组成的反射滤光层5，反射复合层包括第一滤光层5a和多个第二滤光层5b，反射复合层数量不少于10组，反射复合层厚度在40纳米到120纳米之间，反射滤光层5的反光波段在260纳米到340纳米之间，反射滤光层5的反光率在20%以下。
通过刻蚀工艺，暴露出有源层3下方，第一N型氮化铝镓层2的上方，并在暴露的部分形成金属电极和欧姆接触。
在反射滤光层5为非掺杂的氮化铝镓时，通过刻蚀工艺，暴露出第二N型氮化铝镓层43，并在暴露的部分形成金属电极10和欧姆接触。其中顶部镜面反射层7和反射滤光层5的面积设计如图7所示，面积比在5:1至1:5范围。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比本申请要求的保护范围中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考，但与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请最广范围有限制的文件（当前或之后附加于本申请中的）也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。
Claims (10)
1.一种半导体垂直腔面发光器件，其特征在于，沿着生长方向包括：
衬底（1）；
第一N型氮化铝镓层（2），其中，所述第一N型氮化铝镓层（2）的两端顶面分别形成有一对金属电极；
有源层（3）；
隧穿结构层（4），其中，所述隧穿结构层（4）的两端顶面分别形成有一对金属电极；
反射滤光层（5），所述反射滤光层（5）对来自所述有源层（3）的 260-300纳米深紫外光的透过率高于 80%，所述反射滤光层（5）包括交替设置的第一滤光层（5a）和第二滤光层（5b），所述第一滤光层（5a）的化学式为AlxGa(1-x)N，所述第二滤光层（5b）的材料的化学式为AlyGa(1-y)N，0<x<y≤1，且xy，x与y之间的差值在20%到60%之间；
其中部分所述第一滤光层（5a）的厚度为与之相邻的第一滤光层（5a）的厚度的两倍，或；
其中一层所述第二滤光层（5b）的厚度为与之相邻的第二滤光层（5b）的厚度的两倍。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一滤光层（5a）的厚度为20纳米，x为60%，所述第二滤光层（5b）的厚度为30纳米，y在多组所述第二滤光层（5b）中逐渐从80%变为100%。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一滤光层（5a）的厚度为40纳米，x为40%到60%，所述第二滤光层（5b）的厚度为20到40纳米，y为100%。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，在部分所述第一滤光层（5a）的厚度为与之相邻的第一滤光层（5a）的厚度的两倍时，厚度为与之相邻的第一滤光层（5a）的厚度的两倍的第一滤光层（5a）分布于所述反射滤光层（5）内。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，在一层所述第二滤光层（5b）的厚度为与之相邻的第二滤光层（5b）的厚度的两倍时，厚度为与之相邻的第二滤光层（5b）的厚度的两倍的第二滤光层（5b）位于所述反射滤光层（5）的正中间。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述隧穿结构层（4）沿着生长方向包括：
P型氮化铝镓层（41）；
隧穿关联层（42）；
第二N型氮化铝镓层（43）；
N型铝组分渐变氮化铝镓层（44），包括多个N型氮化铝镓子层，所述多个N型氮化铝镓子层的铝含量沿所述隧穿结构层（4）的生长方向从40% 递增到60%。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其特征在于，所述N型铝组分渐变氮化铝镓层（44）的厚度为1纳米到10纳米之间，且为不掺杂本征半导体层或电子输运特性弱掺杂，其中，电子输运特性弱掺杂浓度为所述第二N型氮化铝镓层（43）掺杂浓度的0到1/10范围内。
8.根据权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述衬底（1）背离所述有源层（3）的侧面还设置有底部镜面反射层（6），所述反射滤光层（5）背离所述有源层（3）的一面设置有顶部镜面反射层（7）。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述底部镜面反射层（6）与所述顶部镜面反射层（7）均为金属镜面反射层。
10.根据权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述有源层（3）沿着外延生长方向包括多个氮化铝镓复合层（31）和顶部氮化铝镓层（32），所述顶部氮化铝镓层（32）位于所述多个氮化铝镓复合层（31）顶部，所述顶部氮化铝镓层（32）的厚度为1纳米到10纳米之间，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层，所述氮化铝镓复合层（31）包括：
第一氮化铝镓层（311），所述第一氮化铝镓层（311）厚度为1纳米到10纳米之间，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层；
第二氮化铝镓层（312），所述第二氮化铝镓层（312）厚度为所述第一氮化铝镓层（311）的一半，且为不掺杂本征半导体层，铝组分为0%到50%之间；
第三氮化铝镓层（313），所述第三氮化铝镓层（313）和所述第二氮化铝镓层（312）的厚度比为25%到50%，所述第三氮化铝镓层（313）的铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层；
第四氮化铝镓层（314），所述第四氮化铝镓层（314）厚度和所述第三氮化铝镓层（313）的厚度比为25%到50%，铝组分为60%以上，且为p型掺杂；
第五氮化铝镓层（315），所述第五氮化铝镓层（315）厚度和所述第四氮化铝镓层（314）的厚度比为25%到50%，铝组分为60%以上，且为不掺杂本征半导体层。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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