一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构的制作方法

本发明涉及发光二极管技术领域，特别是在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构及生长方法。

背景技术：

随着蓝光GaN基LED应用越来越广泛，人们对蓝光GaN基LED的亮度更加关注，近年来LED研究学者通过调整蓝宝石图形化衬底规格、Si衬底、SiC、ZnO，进行开发蓝光LED 。目的是降低成本和提高外延晶体质量，从而推动蓝光LED的快速发展。

现有技术中绝大部分蓝光LED均是在蓝宝石衬底、SiC衬底以及最新开发的Si衬底上生长。

传统的蓝光GaN基LED外延结构如图1所示，从下到上依次为：蓝宝石图形化衬底1、AlN的缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、有源层5、P型AlxGa1-xN电子阻挡层6和P型GaN层7。现有技术应用较多的是在蓝宝石衬底上先镀好缓冲层，以提高生产效率，降低整体成本。但是其本身价格昂贵，因此成本降低幅度不大。同时，在垂直结构方面制作工艺比较困难，以及P型掺杂浓度比较低。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构。它采用GaAs衬底，具有品质高、易解离且成本相对比较低的特点，而且易做垂直结构、易于p型掺杂，可提高出光效率。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构，它从下至上依次包括衬底、缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述衬底为GaAs衬底，所述缓冲层包括ZnO缓冲层和生长在ZnO缓冲层上的金属氮化物缓冲层，所述U型GaN层从下至上依次包括U1型GaN层、布拉格反射层和U2型GaN层。

在上述蓝光LED外延结构中，所述ZnO缓冲层的生长厚度为5-30nm,生长温度为500-800°。

在上述蓝光LED外延结构中，所述金属氮化物缓冲层的厚度为5~30nm，生长温度为500-800°，金属氮化物缓冲层为AlN缓冲层、GaN缓冲层或AlGaN缓冲层中任意一种。可以为生长GaN材料提供一个缓冲，降低一定的应力。

在上述蓝光LED外延结构中，所述U1型GaN层的厚度为1um~5um,生长温度为900-1200度。提供第一个晶体质量较好的本征半导体。

在上述蓝光LED外延结构中，所述布拉格反射层为超晶格GaN /AlGaN，所述超晶格GaN /AlGaN为GaN层和AlGaN层交替生长，生长周期数为3-20，其中GaN厚度为1-50nm,AlGaN厚度为1-50nm, AlGaN的Al组份为0.2~0.6。所述布拉格反射层的生长温度在900-1200度。布拉格反射层主要是反射有源区向下的光，降低GaAs衬底对光的吸收，提高亮度。

在上述蓝光LED外延结构中，所述U2型GaN层的厚度为1-5um,生长温度在900-1200度。提供第二个晶体质量较好的本征半导体。

本发明由于采用了上述结构，通过GaAs衬底可以直接做垂直结构，增加出光面积。通过ZnO和AlN缓冲层降低GaAs衬底与GaN材料的晶格匹配度，提高晶体质量。其次，GaAs衬底会获得更高的P型掺杂浓度，从而提升波函数的复合效率，进而获得更高的亮度。在GaAs衬底上生长蓝光LED外延结构，降低了生产蓝光LED的成本，同时，有助于垂直结构的开发，获得更高的P型掺杂浓度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中LED外延结构示意图；

图2为本发明在GaAs衬底上生长蓝光LED的外延结构示意图。

具体实施方式

参看图2，本发明在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构从下至上依次包括衬底1、缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、有源区5、电子阻挡层6和P型GaN层7。衬底1为GaAs衬底，缓冲层2包括ZnO缓冲层21和生长在ZnO缓冲层21上的金属氮化物缓冲层22。U型GaN层3从下至上依次包括U1型GaN层31、布拉格反射层33和U2型GaN层32。ZnO缓冲层21的生长厚度为5-30nm,生长温度为500-800°。金属氮化物缓冲层22的厚度为5~30nm，生长温度为500-800°，金属氮化物缓冲层22为AlN缓冲层、GaN缓冲层或AlGaN缓冲层中任意一种。U1型GaN层31的厚度为1um~5um,生长温度为900-1200度。布拉格反射层33为超晶格GaN /AlGaN，所述超晶格GaN /AlGaN为GaN层和AlGaN层交替生长，生长周期数为3-20，其中GaN厚度为1-50nm,AlGaN厚度为1-50nm, AlGaN的Al组份为0.2~0.6，所述布拉格反射层33的生长温度在900-1200度。U2型GaN层32的厚度为1-5um,生长温度在900-1200度。

本发明在GaAs衬底上生长蓝光LED外延结构的具体生长方式包括以下步骤：

实施例一

（1）首先，外延结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除GaAs衬底1表面的残余杂质。

（2）在GaAs衬底1上调整温度到500℃之间，生长一层ZnO缓冲层21，生长厚度为5nm。

（3）在ZnO缓冲层21上生长AlN缓冲层22，温度500°，生长厚度为5nm。

（4）在AlN缓冲层22上生长U1型GaN层31，调整温度到900℃之间，生长U1型GaN层31，生长大约10min，厚度为1um。

（5）在U1型GaN层31上生长超晶格GaN /AlGaN布拉格反射层33，其周期数为3，其中GaN厚度为1nm,AlGaN厚度为1nm,生长温度在900度，AlGaN的Al组份为0.6。

（6）在超晶格GaN /AlGaN布拉格反射层33上生长U2型GaN层32，调整温度到900℃之间，生长U2型GaN层32，生长大约10min，厚度为1um。

实施例二

（1）首先，外延结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除GaAs衬底1表面的残余杂质。

（2）在GaAs衬底1上调整温度到600℃之间，生长一层ZnO缓冲层21，生长厚度为10nm。

（3）在ZnO缓冲层21上生长AlN缓冲层22，温度600°，生长厚度为10nm。

（4）在AlN缓冲层22上生长U1型GaN层31，调整温度到1000℃之间，生长U1型GaN层31，生长大约20min，厚度为2um。

（5）在U1型GaN层31上生长超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33，其周期数为3，其中GaN厚度为2nm,AlGaN厚度为2nm,生长温度在1000度，AlGaN的Al组份为0.4。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33上生长U2型GaN层32，调整温度到1000℃之间，生长U2型GaN层32，生长大约20min，厚度为2um。

实施例三

（1）首先，外延结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除GaAs衬底1表面的残余杂质。

（2）在GaAs衬底1上调整温度到600℃之间，生长一层ZnO缓冲层21，生长厚度为15nm。

（3）在ZnO缓冲层21上生长AlN缓冲层22，温度700°，生长厚度为15nm。

（4）在AlN缓冲层22上生长U1型GaN层31，调整温度到1100℃之间，生长U1型GaN层31，生长大约30min，厚度为3um。

（5）在U1型GaN层31上生长超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33，其周期数为5，其中GaN厚度为2nm,AlGaN厚度为2nm,生长温度在 1100度，AlGaN的Al组份为0.3。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33上生长U2型GaN层32，调整温度到1100℃之间，生长U2型GaN层32，生长大约30min，厚度为3um。

实施例四

（1）首先，外延结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除GaAs衬底1表面的残余杂质。

（2）在GaAs衬底1上调整温度到700℃之间，生长一层ZnO缓冲层21，生长厚度为20nm。

（3）在ZnO缓冲层21上生长AlN缓冲层22，温度800°，生长厚度为20nm。

（4）在AlN缓冲层22上生长U1型GaN层31，调整温度到1100℃之间，生长U1型GaN层31，生长大约50min，厚度为4um。

（5）在U1型GaN层31上生长超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33，其周期数为10，其中GaN厚度为2nm,AlGaN厚度为2nm,生长温度在 1100度，AlGaN的Al组份为0.2。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33上生长U2型GaN层32，调整温度到1100℃之间，生长U2型GaN层32，生长大约30min，厚度为3um。

实施例五

（1）首先，外延结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除GaAs衬底1表面的残余杂质。

（2）在GaAs衬底1上调整温度到800℃之间，生长一层ZnO缓冲层，生长厚度为30nm。

（3）在ZnO缓冲层21上生长AlN缓冲层22，温度700°，生长厚度为30nm。

（4）在AlN缓冲层22上生长U1型GaN层31，调整温度到1200℃之间，生长U1型GaN层31，生长大约50min，厚度为5um。

（5）在U1型GaN层22上生长超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33，其周期数为10，其中GaN厚度为2nm,AlGaN厚度为2nm,生长温度在 1200度，AlGaN的Al组份为0.2。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33上生长U2型GaN层32，调整温度到1200℃之间，生长U2型GaN层32，生长大约50min，厚度为5um。

实施例六

（1）首先，外延结构的制备方法是在MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除GaAs衬底1表面的残余杂质。

（2）在GaAs衬底1上调整温度到800℃之间，生长一层ZnO缓冲层21，生长厚度为30nm。

（3）在ZnO缓冲层21上生长AlN缓冲层22，温度700°，生长厚度为30nm。

（4）在AlN缓冲层22上生长U1型GaN层31，调整温度到1200℃之间，生长U1型GaN层31，生长大约50min，厚度为5um。

（5）在U1型GaN层31上生长超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33，其周期数为20，其中GaN厚度为50nm,AlGaN厚度为50nm,生长温度在900度，AlGaN的Al组份为0.2。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射层33上生长U2型GaN层32，调整温度到1200℃之间，生长U2型GaN层，生长大约50min，厚度为5um。

　　以上所述，仅为本发明的具体实施例，并不限于本发明的其它实施方式，凡属本发明的技术路线原则之内，所做的任何显而易见的替换或改进，均应属于本发明的保护范围之内。