本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，特別是在GaAs襯底上生長的藍光LED外延結(jié)構(gòu)及生長方法。

背景技術(shù)：

隨著藍光GaN基LED應(yīng)用越來越廣泛，人們對藍光GaN基LED的亮度更加關(guān)注，近年來LED研究學(xué)者通過調(diào)整藍寶石圖形化襯底規(guī)格、Si襯底、SiC、ZnO，進行開發(fā)藍光LED 。目的是降低成本和提高外延晶體質(zhì)量，從而推動藍光LED的快速發(fā)展。

現(xiàn)有技術(shù)中絕大部分藍光LED均是在藍寶石襯底、SiC襯底以及最新開發(fā)的Si襯底上生長。

傳統(tǒng)的藍光GaN基LED外延結(jié)構(gòu)如圖1所示，從下到上依次為：藍寶石圖形化襯底1、AlN的緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、有源層5、P型AlxGa1-xN電子阻擋層6和P型GaN層7?，F(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用較多的是在藍寶石襯底上先鍍好緩沖層，以提高生產(chǎn)效率，降低整體成本。但是其本身價格昂貴，因此成本降低幅度不大。同時，在垂直結(jié)構(gòu)方面制作工藝比較困難，以及P型摻雜濃度比較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種在GaAs襯底上生長的藍光LED外延結(jié)構(gòu)。它采用GaAs襯底，具有品質(zhì)高、易解離且成本相對比較低的特點，而且易做垂直結(jié)構(gòu)、易于p型摻雜，可提高出光效率。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn)：

一種在GaAs襯底上生長的藍光LED外延結(jié)構(gòu)，它從下至上依次包括襯底、緩沖層、U型GaN層、N型GaN層、有源區(qū)、電子阻擋層和P型GaN層。其結(jié)構(gòu)特點是，所述襯底為GaAs襯底，所述緩沖層包括ZnO緩沖層和生長在ZnO緩沖層上的金屬氮化物緩沖層，所述U型GaN層從下至上依次包括U1型GaN層、布拉格反射層和U2型GaN層。

在上述藍光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述ZnO緩沖層的生長厚度為5-30nm,生長溫度為500-800°。

在上述藍光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述金屬氮化物緩沖層的厚度為5~30nm，生長溫度為500-800°，金屬氮化物緩沖層為AlN緩沖層、GaN緩沖層或AlGaN緩沖層中任意一種。可以為生長GaN材料提供一個緩沖，降低一定的應(yīng)力。

在上述藍光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述U1型GaN層的厚度為1um~5um,生長溫度為900-1200度。提供第一個晶體質(zhì)量較好的本征半導(dǎo)體。

在上述藍光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述布拉格反射層為超晶格GaN /AlGaN，所述超晶格GaN /AlGaN為GaN層和AlGaN層交替生長，生長周期數(shù)為3-20，其中GaN厚度為1-50nm,AlGaN厚度為1-50nm, AlGaN的Al組份為0.2~0.6。所述布拉格反射層的生長溫度在900-1200度。布拉格反射層主要是反射有源區(qū)向下的光，降低GaAs襯底對光的吸收，提高亮度。

在上述藍光LED外延結(jié)構(gòu)中，所述U2型GaN層的厚度為1-5um,生長溫度在900-1200度。提供第二個晶體質(zhì)量較好的本征半導(dǎo)體。

本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，通過GaAs襯底可以直接做垂直結(jié)構(gòu)，增加出光面積。通過ZnO和AlN緩沖層降低GaAs襯底與GaN材料的晶格匹配度，提高晶體質(zhì)量。其次，GaAs襯底會獲得更高的P型摻雜濃度，從而提升波函數(shù)的復(fù)合效率，進而獲得更高的亮度。在GaAs襯底上生長藍光LED外延結(jié)構(gòu)，降低了生產(chǎn)藍光LED的成本，同時，有助于垂直結(jié)構(gòu)的開發(fā)，獲得更高的P型摻雜濃度。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中LED外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明在GaAs襯底上生長藍光LED的外延結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參看圖2，本發(fā)明在GaAs襯底上生長的藍光LED外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括襯底1、緩沖層2、U型GaN層3、N型GaN層4、有源區(qū)5、電子阻擋層6和P型GaN層7。襯底1為GaAs襯底，緩沖層2包括ZnO緩沖層21和生長在ZnO緩沖層21上的金屬氮化物緩沖層22。U型GaN層3從下至上依次包括U1型GaN層31、布拉格反射層33和U2型GaN層32。ZnO緩沖層21的生長厚度為5-30nm,生長溫度為500-800°。金屬氮化物緩沖層22的厚度為5~30nm，生長溫度為500-800°，金屬氮化物緩沖層22為AlN緩沖層、GaN緩沖層或AlGaN緩沖層中任意一種。U1型GaN層31的厚度為1um~5um,生長溫度為900-1200度。布拉格反射層33為超晶格GaN /AlGaN，所述超晶格GaN /AlGaN為GaN層和AlGaN層交替生長，生長周期數(shù)為3-20，其中GaN厚度為1-50nm,AlGaN厚度為1-50nm, AlGaN的Al組份為0.2~0.6，所述布拉格反射層33的生長溫度在900-1200度。U2型GaN層32的厚度為1-5um,生長溫度在900-1200度。

本發(fā)明在GaAs襯底上生長藍光LED外延結(jié)構(gòu)的具體生長方式包括以下步驟：

實施例一

（1）首先，外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進行高溫烘烤，去除GaAs襯底1表面的殘余雜質(zhì)。

（2）在GaAs襯底1上調(diào)整溫度到500℃之間，生長一層ZnO緩沖層21，生長厚度為5nm。

（3）在ZnO緩沖層21上生長AlN緩沖層22，溫度500°，生長厚度為5nm。

（4）在AlN緩沖層22上生長U1型GaN層31，調(diào)整溫度到900℃之間，生長U1型GaN層31，生長大約10min，厚度為1um。

（5）在U1型GaN層31上生長超晶格GaN /AlGaN布拉格反射層33，其周期數(shù)為3，其中GaN厚度為1nm,AlGaN厚度為1nm,生長溫度在900度，AlGaN的Al組份為0.6。

（6）在超晶格GaN /AlGaN布拉格反射層33上生長U2型GaN層32，調(diào)整溫度到900℃之間，生長U2型GaN層32，生長大約10min，厚度為1um。

實施例二

（1）首先，外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進行高溫烘烤，去除GaAs襯底1表面的殘余雜質(zhì)。

（2）在GaAs襯底1上調(diào)整溫度到600℃之間，生長一層ZnO緩沖層21，生長厚度為10nm。

（3）在ZnO緩沖層21上生長AlN緩沖層22，溫度600°，生長厚度為10nm。

（4）在AlN緩沖層22上生長U1型GaN層31，調(diào)整溫度到1000℃之間，生長U1型GaN層31，生長大約20min，厚度為2um。

（5）在U1型GaN層31上生長超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33，其周期數(shù)為3，其中GaN厚度為2nm,AlGaN厚度為2nm,生長溫度在1000度，AlGaN的Al組份為0.4。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33上生長U2型GaN層32，調(diào)整溫度到1000℃之間，生長U2型GaN層32，生長大約20min，厚度為2um。

實施例三

（1）首先，外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進行高溫烘烤，去除GaAs襯底1表面的殘余雜質(zhì)。

（2）在GaAs襯底1上調(diào)整溫度到600℃之間，生長一層ZnO緩沖層21，生長厚度為15nm。

（3）在ZnO緩沖層21上生長AlN緩沖層22，溫度700°，生長厚度為15nm。

（4）在AlN緩沖層22上生長U1型GaN層31，調(diào)整溫度到1100℃之間，生長U1型GaN層31，生長大約30min，厚度為3um。

（5）在U1型GaN層31上生長超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33，其周期數(shù)為5，其中GaN厚度為2nm,AlGaN厚度為2nm,生長溫度在 1100度，AlGaN的Al組份為0.3。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33上生長U2型GaN層32，調(diào)整溫度到1100℃之間，生長U2型GaN層32，生長大約30min，厚度為3um。

實施例四

（1）首先，外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進行高溫烘烤，去除GaAs襯底1表面的殘余雜質(zhì)。

（2）在GaAs襯底1上調(diào)整溫度到700℃之間，生長一層ZnO緩沖層21，生長厚度為20nm。

（3）在ZnO緩沖層21上生長AlN緩沖層22，溫度800°，生長厚度為20nm。

（4）在AlN緩沖層22上生長U1型GaN層31，調(diào)整溫度到1100℃之間，生長U1型GaN層31，生長大約50min，厚度為4um。

（5）在U1型GaN層31上生長超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33，其周期數(shù)為10，其中GaN厚度為2nm,AlGaN厚度為2nm,生長溫度在 1100度，AlGaN的Al組份為0.2。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33上生長U2型GaN層32，調(diào)整溫度到1100℃之間，生長U2型GaN層32，生長大約30min，厚度為3um。

實施例五

（1）首先，外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進行高溫烘烤，去除GaAs襯底1表面的殘余雜質(zhì)。

（2）在GaAs襯底1上調(diào)整溫度到800℃之間，生長一層ZnO緩沖層，生長厚度為30nm。

（3）在ZnO緩沖層21上生長AlN緩沖層22，溫度700°，生長厚度為30nm。

（4）在AlN緩沖層22上生長U1型GaN層31，調(diào)整溫度到1200℃之間，生長U1型GaN層31，生長大約50min，厚度為5um。

（5）在U1型GaN層22上生長超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33，其周期數(shù)為10，其中GaN厚度為2nm,AlGaN厚度為2nm,生長溫度在 1200度，AlGaN的Al組份為0.2。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33上生長U2型GaN層32，調(diào)整溫度到1200℃之間，生長U2型GaN層32，生長大約50min，厚度為5um。

實施例六

（1）首先，外延結(jié)構(gòu)的制備方法是在MOCVD反應(yīng)爐里進行高溫烘烤，去除GaAs襯底1表面的殘余雜質(zhì)。

（2）在GaAs襯底1上調(diào)整溫度到800℃之間，生長一層ZnO緩沖層21，生長厚度為30nm。

（3）在ZnO緩沖層21上生長AlN緩沖層22，溫度700°，生長厚度為30nm。

（4）在AlN緩沖層22上生長U1型GaN層31，調(diào)整溫度到1200℃之間，生長U1型GaN層31，生長大約50min，厚度為5um。

（5）在U1型GaN層31上生長超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33，其周期數(shù)為20，其中GaN厚度為50nm,AlGaN厚度為50nm,生長溫度在900度，AlGaN的Al組份為0.2。

（6）在超晶格GaN/AlGaN布拉格反射層33上生長U2型GaN層32，調(diào)整溫度到1200℃之間，生長U2型GaN層，生長大約50min，厚度為5um。

　　以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例，并不限于本發(fā)明的其它實施方式，凡屬本發(fā)明的技術(shù)路線原則之內(nèi)，所做的任何顯而易見的替換或改進，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。