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alxga1-xn、inxga1-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。
技术实现要素：
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。
本发明其次还提出一种gan基dbr，其是根据上述的gan基dbr的制备方法得到的，得到的所述gan基dbr的周缘为多层重复的无掺杂本征gan层结构，该周缘成为gan基dbr的支撑结构，保证了该dbr的结构稳定性。
其中，dbr指的是分布式布拉格反射镜。
本发明的有益效果是：gan基dbr内部形成gan/空气周期结构，由于空气和gan的折射率的差异较大，使本发明的dbr具有高的反射效率，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，当衍射满足光栅结构的布拉格条件时，水平方向的光矢量几乎为零，因此光主要沿gan柱方向垂直出射，从而增强了gan基dbr对光的定向发射效率。本发明的gan基dbr在室内照明灯、手电筒等领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例的gan基dbr的层别结构图。
附图标记：本征gan基底1、第一层本征gan层2、重离子掺杂区20、第二层本征gan层3、第三层本征gan层4、重离子掺杂区40、第四层本征gan层5。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制本发明要求保护的范围，而仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明实施例的gan基dbr及其制备方法进行具体介绍。
本实施例的实施基于以下基本原理：gan的折射率约为2.45，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。
为此，本实施例提出了一种gan基dbr的制备方法，包括以下步骤：
s1，首先在本征gan基底1上外延第一层本征gan层2(如图1中的虚线围合区域)；
s2，在第一层本征gan层的中部区域进行离子注入掺杂，得到重离子掺杂区20(掺杂浓度较高)，如图1中第一层本征gan层2中间的深色区域；其中，所述离子为铟离子；
s3，在掺杂后的第一层本征gan层2上再外延第二层本征gan层3；
s4，在第二层本征gan层3上外延第三层本征gan层4，在第三层本征gan层4的中部区域进行离子注入掺杂，得到重离子掺杂区40(掺杂浓度较高)；在掺杂后的第三层本征gan层4上再外延第四层本征gan层5；其中，所述离子为铟离子；
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，本征gan区域由于化学性质稳定，其结构基本不变，而重掺杂区域被蚀刻溶液腐蚀形成空洞结构，从而得到具有gan基/空气周期结构的dbr。其中，所述蚀刻溶液为氢氟酸、草酸或者氢氧化钠溶液。
根据上述gan基dbr的制备方法得到的gan基dbr，其周缘，如第一层本征gan层2的周缘未掺杂部分以及第三层本征gan层4的周缘未掺杂部分，重叠为多层重复的无掺杂本征gan层结构，该周缘作为该gan基dbr的支撑结构，保证该dbr结构的稳定性。
其中，dbr指的是分布式布拉格反射镜，是由两种不同折射率的材料以abab的方式交替排列组成的周期结构，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
在上述步骤s6之后，还可以在该dbr上部外延其他层别而制备出led，从而实现led光的单向发射。
本实施例的gan基dbr内部形成gan/空气周期结构，其中，在空洞区域，gan可以形成纳米柱，由于空气和gan的折射率的差异较大，使本发明的dbr具有高的反射效率，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，当衍射满足光栅结构的布拉格条件时，水平方向的光矢量几乎为零，因此光主要沿gan柱方向垂直出射，从而增强了gan基dbr对光的定向发射效率。本发明的gan基dbr在室内照明灯、手电筒等领域具有重要的应用价值。
本发明不限于以上实施例，例如在其他实施例中，所述离子还可以为铝离子等。
1.一种gan基dbr的制备方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的gan基dbr的制备方法，其特征在于，步骤s2和步骤s4中，所述离子为铝离子或铟离子。
3.根据权利要求1所述的gan基dbr的制备方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的gan基dbr的制备方法，其特征在于，步骤s6中，所述蚀刻溶液为氢氟酸、草酸或者氢氧化钠溶液。
5.一种gan基dbr，其特征在于，根据权利要求1～4任意一项所述的gan基dbr的制备方法得到；所述gan基dbr的周缘为多层重复的无掺杂本征gan层结构，且是作为所述gan基dbr的支撑结构。
技术总结