[发明专利]一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片及其制造方法

权利要求书

1.一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片，包括衬底，以及顺序覆着在衬底一侧的GaN成核层、高温GaN层、N型GaN层、MQW发光层和P 型GaN层，其特征在于，所述衬底和GaN成核层之间还有ZnO缓冲层；所述ZnO缓冲层的厚度为50至5000nm；ZnO缓冲层的材料为未参杂的ZnO，或者掺入了金属Ga、Al、In中任意一种或者两种，或者Ga、Al、In三种的ZnO。

2.一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，包括如下步骤：

S1）、选取衬底并在衬底上生长缓冲层：选择蓝宝石片、硅片、碳化硅片、石英玻璃片中的一种作为衬底，并利用外延设备在所选衬底的一侧表面生长出一层ZnO薄膜作为缓冲层；

S2）、缓冲层预处理：对缓冲层进行预处理，为后续GaN外延生长打好基础；

S3）、生长GaN成核层：在缓冲层的外侧生长出GaN成核层，为后续高温GaN层外延生长提供基础；

S4）、生长高温GaN层：在GaN成核层的外侧生长出高温GaN层；

S5）、多量子阱LED全结构的生长：在高温GaN层外侧依次生长出N 型GaN层、MQW发光层、P型GaN层，从而制造出垂直结构GaN LED外延片。

3.如权利要求2所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，步骤S1）中所述在衬底上生长缓冲层，是指使用MOCVD、MBE、PECVD中的任意一种方法，在衬底一侧表面沉积厚度为50至5000nm的ZnO缓冲层；ZnO缓冲层的材料为未参杂的ZnO，或者掺入了金属Ga、Al、In中任意一种或者两种，或者Ga、Al、In三种的ZnO。

4.如权利要求3所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，步骤S1）中所述在衬底上沉积ZnO缓冲层是指，用LP至MOCVD方法生长出掺入Ga金属的ZnO缓冲层，掺杂的Ga所占组分化学计量比为0.5至18%；生长温度为300至800摄氏度，压力小于20torr，载气为Ar，DEZn为锌源，高纯氧气为氧源，生长出的ZnO缓冲层厚度为20至5000 nm。

5.如权利要求4所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，步骤S2）中所述对缓冲层进行预处理是指对ZnO缓冲层进行热化学预处理，即在后续生长GaN的MOCVD反应炉内，控制处理温度大于1000摄氏度，处理压力小于800mbar，通入氨气、氢气、氮气中的一种、两种或者三种的任意组合，维持5至180分钟。

6.如权利要求5所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，步骤S2）中所述对缓冲层进行预处理还包括在热化学预处理后进行的预氮化处理，即在生长GaN成核层前将反应炉温度控制在450至650摄氏度、压力控制在150至650mbar，然后通入氮化源材料10至600秒，对ZnO缓冲层进行表面氮化。

7.如权利要求2至6中任意一项所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，步骤S3）中所述生长GaN成核层，包括顺序生长出GaN低温成核层和GaN高温成核层。

8.如权利要求7所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，生长GaN低温成核层，是指对缓冲层进行预处理完成后，在N₂气氛下，温度为400至600摄氏度，通入TMGa生长出厚度为75至900nm的GaN低温成核层；生长GaN高温成核层是指，在N₂气氛下，生长温度为700至900摄氏度，生长出厚度为30至200nm的GaN高温成核层。

9.如权利要求2至6中任意一项所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，步骤S4）中所述生长高温GaN层之前还包括GaN成核层高温重结晶，所述GaN成核层高温重结晶是指，在生长GaN成核层之后，在N₂或是H₂气氛下进行重结晶，重结晶温度高于1060摄氏度，载气为N₂或H₂，维持时间至少2分钟；生长高温GaN层是指，在N₂气氛下，在已经重结晶的GaN成核层上进行高温GaN的生长。

10.如权利要求2至6中任意一项所述的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，

步骤S1）中所述选取衬底是指，选择（0001）方向的蓝宝石片作为衬底；

步骤S5）中所述多量子阱LED全结构的生长包括如下步骤：

首先，以H₂为载气，SiH₄作为N型导电的掺杂剂，生长N型GaN层；

然后，将温度降到650至850摄氏度范围内，在H₂、N₂混合气氛下，生长MQW发光层；

最后，将温度升到850至1000摄氏度范围内，以H₂作为载气，Cp2Mg作为P型导电的掺杂剂，生长P型GaN层。