一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构制造技术

一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构，涉及发光二极管技术领域。本发明专利技术结构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。同现有技术相比，本发明专利技术采用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。

Blue LED epitaxial structure grown on GaAs substrate

The invention relates to a blue light LED epitaxial structure which is grown on a GaAs substrate, and relates to the technical field of light-emitting diodes. The structure of the invention sequentially comprises a substrate, a buffer layer, a U type GaN layer, a N type GaN layer, an active region, an electronic barrier layer and a P type GaN layer from bottom to top. The structure is characterized in that the substrate is a GaAs substrate, the buffer layer including ZnO buffer layer and ZnO buffer layer growth in the metal nitride buffer layer, the U type GaN layer from bottom to top layer, including U1 GaN and U2 GaN Prague reflector layer. Compared with the prior art, the invention adopts GaAs substrate, has the characteristics of high quality, easy off and low cost, and easy to do, easy to the vertical structure of P type doping can improve the light efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构
本专利技术涉及发光二极管
，特别是在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构及生长方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术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。为了达到上述专利技术目的，本专利技术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。本专利技术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专利技术做进一步说明。附图说明图1为现有技术中LED外延结构示意图；图2为本专利技术在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，本专利技术在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。本专利技术在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，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
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（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），其特征在于：所述衬底（1）为GaAs衬底，所述缓冲层（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），所述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）。

【技术特征摘要】
1.一种在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（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），其特征在于：所述衬底（1）为GaAs衬底，所述缓冲层（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），所述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）。2.根据权利要求1所述在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构，其特征在于：所述ZnO缓冲层（21）的生长厚度为5-30nm,生长温度为500-800°。3.根据权利要求1或2所述在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构，其特征在于：所述金属氮化物缓冲层（22）的厚度为5~30nm，生长温度为500-800°，金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宇，郑建钦，吴真龙，曾颀尧，李鹏飞，
申请(专利权)人：南通同方半导体有限公司，同方股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32