CN112652685B - 一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED及其制备方法，该LED包括AlGaAs复合吸收材料DBR、Alx8Ga1‑x8InP晶格过渡层和AlGaInP复合透明材料DBR，AlGaAs复合吸收材料DBR由Alx4Ga1‑x4As层和Alx5Ga1‑x5As层交替生长组成，AlGaInP复合透明材料DBR由Alx6Ga1‑x6InP层和Alx7Ga1‑x7InP层交替生长组成。本发明中采用不同材料的AlGaAs复合吸收材料DBR与AlGaInP复合透明材料DBR，可以拓展反射图谱的宽度，提升非法线方向入射的光的反射率，从而能够提高LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED及其制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
近年来,高亮度的四元系AlGaInP发光二极管具有耗电低、发光效率高、寿命长、体积小、成本低等特点，因此在照明以及光纤通信系统中有着广泛的用途。
选择直接带隙的材料可以实现器件的高亮度发光，而材料的带隙直接决定直接带隙材料发光二极管的发光颜色。AlGaInP材料可与GaAs衬底晶格匹配且随Al组分的变化，直接带隙从1.9cV可变化到2.3cv，波长从560nm到650nm，进而实现从红色到绿色发光。
对于AlGaInP发光二极管发光效率的提高，方法有很多。最常用的方法有在外延层的顶端再生长一厚层P型电流扩展层GaP,电流扩展层可以将载流子引到电极以外，从而使大部分的光能够避开不透明的电极对光的反射和内部再次吸收。同时可以利用表面粗化技术对GaP表面进行处理，进而使得光从高折射率的窗口层材料GaP顺利入射到低折射率的空气中,抑制全反射现象，降低出射光的大量损失。一般为了达到良好的电流扩展作用，通常要生长很厚的电流扩展层,增加了整个工艺的时间和复杂性,进而增加生产成本。采用倒装结构、透明衬底、倒金字塔结构等方法也有利于LED亮度的提高，但这些方法仍然存在工艺复杂，成本高等问题。
此外，还可以通过生长布分布式拉格反射层(DBR)来提高器件亮度。DBR是两种折射率不同材料周期交替生长的层状结构，在有源层和衬底之间，能够将射向衬底的光反射回表面或侧面，可以减少衬底对光的吸收，提高出光效率。DBR结构可直接利用MOCVD设备进行生长，无须再次加工处理，简化了器件的制作工艺。
LED器件有源区发光是在整个空间立体角内发光，传统DBR只对垂直入射和小角度入射的光波产生大的反射，而对大倾斜角入射光的反射很小，因此大部分的发光穿过DBR被GaAs衬底吸收。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，本发明中AlGaAs复合吸收材料DBR与AlGaInP复合透明材料DBR采用晶格过渡层连接，使各自的多复合DBR再次叠加复合，最终由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透。
本发明还提供了一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法。
术语说明：
DBR：分布式布拉格反射镜，Distributed Brag Reflector，也称布拉格反射层。
本发明的技术方案为：
一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，包括自下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs低温缓冲层、AlGaAs复合吸收材料DBR、Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层、AlGaInP复合透明材料DBR、Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层和GaP窗口层，GaP窗口层的表面设置有P面电极，GaAs衬底的背面设置有N面电极；0≤x1≤1，0≤x2≤1，0≤x3≤1，0≤x＜y≤1，0≤x8≤1；
所述AlGaAs复合吸收材料DBR由Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层交替生长组成，0≤x4≤0.5，0.42≤x5≤1；
所述AlGaInP复合透明材料DBR由Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层交替生长组成，0≤x6≤1，0≤x7≤1。
本发明的设计原理：由于理想的DBR所使用的材料应是透明的，透明的DBR层具有可忽略的材料本身的吸收损失，但是当透明材料无法满足其他要求时，必须要使用吸收材料，虽然可以通过提高DBR对数的方式对整体反射率的到一定的提升，但是吸收材料的DBR最大反射率也远小于100％。由透明材料制成的DBR在630nm波长处有接近100％的反射率，而具有吸收层GaAs的DBR最大的反射率约55％，并且由于DBR材料吸收系数的限制，55％这个数值已经不能通过增加额外的DBR对数来提升了。波长630nmDBR的高反射率被限制在低的入射角(θ≤20°)，对于入射角20°<θ<70°反射率急剧下降，该角度就是临界角θc＝20°；并且根据布拉格方程，布拉格波长会随着入射角发生蓝移。AlGaAs复合吸收材料DBR和AlGaInP复合透明材料DBR是将多种不同反射波长的DBR叠加到一起的DBR结构，可以拓展反射图谱的宽度，从而能够反射更长波长的光，通过设计不同的波长组合得到的复合分布式布拉格反射镜可以优化其反射率，提升非法线方向入射的光的反射率。复合DBR的半宽更宽，并且在长波长下DBR的反射率比单结构DBR要有很大的提升，复合DBR可以更好地解决蓝移所带来的反射率大幅度降低的影响。通过设置AlGaAs复合吸收材料DBR和AlGaInP复合透明材料DBR来增加对有源区发出的光的反射率，减低GaAs衬底对光的强吸收作用，AlGaAs复合吸收材料DBR与AlGaInP复合透明材料DBR通过Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层连接，使各自的多复合DBR再次叠加复合，最终由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，布拉格反射镜的反射率可达99％以上；GaInP和Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层能够抑制异质结尖峰，尤其是在价带内，增强空穴注入，工作电压降低，在大电流注入时，由于焦耳热的减少，在晶格过渡层的会有更高的发光效率。
根据本发明优选的，所述AlGaAs复合吸收材料DBR中Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的对数为5-30对，优选的，所述AlGaAs复合吸收材料DBR中Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的对数为15对。
根据本发明优选的，所述AlGaInP复合透明材料DBR中Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1- x7InP层的对数为5-30对，优选的，所述AlGaInP复合透明材料DBR中Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层的对数为20对。
根据本发明优选的，所述AlGaInP复合透明材料DBR和所述Alx1Ga1-x1InP N型限制层之间设置有若干个第一组合DBR结构，所述第一组合DBR结构自下到上设置有第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层和AlGaAs复合吸收材料DBR；
进一步优选的，所述AlGaInP复合透明材料DBR和所述Alx1Ga1-x1InP N型限制层之间设置1-5个第一组合DBR结构。
根据本发明优选的，所述AlGaInP复合透明材料DBR和所述Alx1Ga1-x1InP N型限制层之间设置有若干个第二组合DBR结构，所述第二组合DBR结构包括自下到上依次设置的第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层、AlGaAs复合吸收材料DBR、Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层、AlGaInP复合透明材料DBR；
进一步优选的，所述AlGaInP复合透明材料DBR和所述Alx1Ga1-x1InP N型限制层之间设置有1-5个第二组合DBR结构。
第二组合DBR结构可以进一步拓展反射图谱的宽度，从而能够反射更长波长的光，通过设计不同的波长组合得到的复合分布式布拉格反射镜可以优化其反射率，提升非法线方向即大倾斜角入射光的反射率。复合结构DBR的半宽更宽，并且在大波长下DBR的反射率比单结构DBR要有很大的提升。通过设置第一组合DBR结构和第二组合DBR结构可以进一步地解决蓝移所带来的反射率大幅度降低的影响。
根据本发明优选的，GaAs低温缓冲层的厚度为
掺杂浓度为5E17-6E18个原子/cm3；
Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层和第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层的厚度均为
掺杂浓度为5E18-1E20个原子/cm3；
Alx1Ga1-x1InP N型限制层的厚度为0.1-4um，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；
Alx2Ga1-x2InP P型限制层的厚度为0.1-4um，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；
Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层的厚度为
掺杂浓度为5E18-1E20个原子/cm3；
(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱的厚度为0.1-0.2um，掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3；
优选的，GaAs低温缓冲层的厚度为
掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3；
Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层和第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层的厚度均为
掺杂浓度为5E19个原子/cm3；
Alx1Ga1-x1InP N型限制层的厚度为3um，掺杂浓度为8E17个原子/cm3；
Alx2Ga1-x2InP P型限制层的厚度为3um，掺杂浓度为8E17个原子/cm3；
Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层的厚度为
掺杂浓度为5E19个原子/cm3；
(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱的厚度为0.1um，掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3。
上述不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，生长的具体步骤如下：
1)利用MOCVD方法在GaAs衬底上生长GaAs低温缓冲层；
2)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1)生长的GaAs低温缓冲层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
3)在AlGaAs复合吸收材料DBR上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
4)保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR；
5)在所述AlGaInP复合透明材料DBR上依次生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层和GaP窗口层；
6)在GaP窗口层的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极，在减薄后的GaAs衬底的背面蒸镀AuGe金属层，制作N面电极，再切割出管芯产品，制作出成品LED器件。
上述生长有第一组合DBR结构的GaAs基LED制备方法，生长的具体步骤如下：
1)利用MOCVD方法在GaAs衬底上生长GaAs低温缓冲层；
2)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1)生长的GaAs低温缓冲层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
3)在AlGaAs复合吸收材料DBR上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
4)保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR；
5)在AlGaInP复合透明材料DBR上制备第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
6)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
7)重复步骤5)至步骤6)共0-4次，完成第一组合DBR结构的生长；
8)在第一组合DBR结构上依次生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层和GaP窗口层；
9)在GaP窗口层的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极，在减薄后的GaAs衬底的背面蒸镀AuGe金属层，制作N面电极，再切割出管芯产品，制作出成品LED器件。
上述生长有第二组合DBR结构的GaAs基LED制备方法，具体步骤如下：
1)利用MOCVD方法在GaAs衬底上生长GaAs低温缓冲层；
2)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1)生长的GaAs低温缓冲层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
3)在AlGaAs复合吸收材料DBR上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
4)保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR；
5)在AlGaInP复合透明材料DBR上生长第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
6)重复步骤2)至步骤4)；
7)重复步骤5)和步骤6)共0-4次，完成第二组合DBR结构的生长；
8)在第二组合DBR结构上依次生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层和GaP窗口层；
9)在GaP窗口层的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极，在减薄后的GaAs衬底的背面蒸镀AuGe金属层，制作N面电极，再切割出管芯产品，制作出成品LED器件。
根据本发明优选的，所述GaAs低温缓冲层、Alx1Ga1-x1InP N型限制层的N型掺杂源均为Si2H6；所述Alx2Ga1-x2InP P型限制层和Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层的掺杂源均为CBr4或DEZn，GaAs重掺杂P型层的掺杂源为CBr4；Alx2Ga1-x2InP P型限制层的掺杂源为CP2Mg。
根据本发明优选的，所述H2的流量为8000～50000sccm；所述TMGa的纯度为99.9999％，所述TMGa的恒温槽的温度为(-5)～15℃；所述TMIn的纯度为99.9999％，所述TMIn的恒温槽的温度为15±5℃；所述TMAl的纯度为99.9999％，所述TMAl的恒温槽的温度为10～28℃；所述AsH3的纯度为99.9999％；所述Si2H6的纯度为99.9999％；所述Cp2Mg的纯度为99.9999％，所述Cp2Mg的恒温槽的温度为0-25℃，所述CBr4的恒温槽的温度为0-10℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的采用不同材料DBR结构的GaAs基LED，采用Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层连接AlGaAs复合吸收材料DBR和AlGaInP复合透明材料DBR，使各自的多复合DBR再次叠加复合，最终由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，在630nm处的DBR的反射率可达99％以上。
2、本发明通过设置AlGaAs复合吸收材料DBR和AlGaInP复合透明材料DBR，可以拓展反射图谱的宽度，从而能够反射更长波长的光，通过设计不同的波长组合得到的复合分布式布拉格反射镜可以优化其反射率，提升非法线方向入射的光的反射率。
3、本发明制备的复合DBR结构的激发光谱的半宽更宽，并且在长波长下DBR的反射率比单结构DBR要有很大的提升，复合DBR可以更好地解决蓝移所带来的反射率大幅度降低的影响。
4、本发明通过设置第一组合DBR结构和第二组合DBR结构，组合DBR结构可以进一步拓展反射图谱的宽度，从而能够反射更长波长的光，提升非法线方向即大倾斜角入射光的反射率。
5、通过设置Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层抑制异质结尖峰，尤其是在价带内，增强空穴注入，工作电压降低，在大电流注入时，由于焦耳热的减少，带晶格过渡层的会有更高的发光效率。
附图说明
图1为实施例1所提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的结构示意图。
图2为实施例2所提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的结构示意图。
图3为实施例3所提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的结构示意图。
图4为实施例3所提供的GaAs基LED外延片的光致发光示意图。
图5为对比例1所提供的的GaAs基LED外延片的光致发光示意图。
1、GaAs衬底，2、GaAs低温缓冲层，3、AlGaAs复合吸收材料DBR，4、Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层，5、AlGaInP复合透明材料DBR，6、第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层，7、Alx1Ga1-x1InP N型限制层，8、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱，9、Alx2Ga1-x2InP P型限制层，10、Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层，11、GaP窗口层，12、P面电极，13、N面电极。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，如图1所示，包括自下至上依次设置的GaAs衬底1、GaAs低温缓冲层2、AlGaAs复合吸收材料DBR3、Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4、AlGaInP复合透明材料DBR5、Alx1Ga1-x1InP N型限制层7、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱8、Alx2Ga1-x2InP P型限制层9、Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层10和GaP窗口层11，GaP窗口层11的表面设置有P面电极12，GaAs衬底1的背面设置有N面电极13；0≤x1≤1，0≤x2≤1，0≤x3≤1，0≤x＜y≤1，0≤x8≤1；
AlGaAs复合吸收材料DBR3由Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层交替生长组成，0≤x4≤0.5，0.42≤x5≤1；
AlGaInP复合透明材料DBR5由Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层交替生长组成，0≤x6≤1，0≤x7≤1。
本发明的设计原理：布拉格反射镜每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4(DBR可以增加反射率的基础)。GaAs衬底1对于波长小于860nm的光具有很强的吸收作用，这就导致从有源区发出的光接近50％会被衬底吸收，这是LED出光效率巨大的损失。DBR是多层结构反射器，通常由5-50对具有不同折射率的两种材料组成(NL和Nh)。由于两种材料的折射率差异(△N)，在每一个界面处都发生“菲涅尔反射”。通过改变两种材料的折射率和厚度使得反射波达到干涉相长的效果，最终起到提升反射率的作用。由于DBR每层界面都可以起到提高反射率的效果，因此在理想状态下，可以通过增加DBR对数的方式来提高DBR的反射率。
理想的DBR所使用的材料应是透明的，透明的DBR层具有可忽略的材料本身的吸收损失，但是当透明材料无法满足其他要求时，必须要使用吸收材料，虽然可以通过提高DBR对数的方式对整体反射率的到一定的提升，但是吸收材料的DBR最大反射率也远小于100％。
以透明材料DBR：(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P/Al0.5In0.5P和吸收材料DBR：AlAs/GaAs为例进行分析。由透明材料制成的DBR在630nm波长处有接近100％的反射率，而具有吸收层GaAs的DBR最大的反射率约55％，并且由于DBR材料吸收系数的限制，55％这个数值已经不能通过增加额外的DBR对数来提升了。
波长630nmDBR的高反射率被限制在低的入射角(θ≤20°)，对于入射角20°<θ<70°反射率急剧下降，该角度就是临界角θc＝20°；并且根据布拉格方程，布拉格波长会随着入射角发生蓝移。复合DBR是将多种不同反射波长的DBR叠加到一起的DBR结构，可以拓展反射图谱的宽度，从而能够反射更长波长的光，通过设计不同的波长组合得到的复合分布式布拉格反射镜可以优化其反射率(提升非法线方向入射的光的反射率)。复合DBR的半宽更宽，并且在长波长下DBR的反射率比单结构DBR要有很大的提升，复合DBR可以更好地解决蓝移所带来的反射率大幅度降低的影响。通过设置AlGaAs复合吸收材料DBR3和AlGaInP复合透明材料DBR5来增加对有源区发出的光的反射率，减低GaAs衬底1对光的强吸收作用，AlGaAs复合吸收材料DBR3与AlGaInP复合透明材料DBR5通过Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4连接，使各自的多复合DBR再次叠加复合，最终由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，布拉格反射镜的反射率可达99％以上；GaInP晶格过渡层和Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层10能够抑制异质结尖峰，尤其是在价带内，增强空穴注入，工作电压降低，在大电流注入时，由于焦耳热的减少，在晶格过渡层的会有更高的发光效率。
AlGaAs复合吸收材料DBR3中Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的对数为15对。
AlGaInP复合透明材料DBR5中Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层的对数为20对。
Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层和第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层的厚度均为
掺杂浓度为5E19个原子/cm3；
GaAs低温缓冲层2的厚度为
掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3；
Alx1Ga1-x1InP N型限制层7的厚度为3um，掺杂浓度为8E17个原子/cm3；
Alx2Ga1-x2InP P型限制层9的厚度为3um，掺杂浓度为8E17个原子/cm3；
Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层10的厚度为
掺杂浓度为5E19个原子/cm3；
(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱8的厚度为0.1um，掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3。
实施例2
根据实施例2所提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其区别之处在于：
如图2所示，AlGaInP复合透明材料DBR5和Alx1Ga1-x1InP N型限制层7之间设置有一个第一组合DBR结构，第一组合DBR结构自下到上设置有第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层6和AlGaAs复合吸收材料DBR3。
第一组合DBR结构可以进一步拓展反射图谱的宽度，从而能够反射更长波长的光，通过设计不同的波长组合得到的复合分布式布拉格反射镜可以优化其反射率，提升非法线方向即大倾斜角入射光的反射率。复合结构DBR的半宽更宽，并且在大波长下DBR的反射率比单结构DBR要有很大的提升。通过设置第一组合DBR结构可以进一步地解决蓝移所带来的反射率大幅度降低的影响。
实施例3
根据实施例1所提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其区别之处在于：
如图3所示，AlGaInP复合透明材料DBR5和Alx1Ga1-x1InP N型限制层7之间自下到上设置有一个第二组合DBR结构，第二组合DBR结构包括自下到上依次生长的第二Alx8Ga1- x8InP晶格过渡层6、AlGaAs复合吸收材料DBR3、Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4、AlGaInP复合透明材料DBR5。
通过设置第二组合DBR结构可以进一步地解决蓝移所带来的反射率大幅度降低的影响。
实施例4
实施例1提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，生长的具体步骤如下：
1)利用MOCVD方法在GaAs衬底1上生长GaAs低温缓冲层2；将GaAs衬底1放在MOCVD设备生长室内，H2环境升温到750±20℃烘烤10分钟到40分钟，以烘烤时间为25分钟为最佳，并通入AsH3，去除衬底表面水氧完成表面热处理，并为步骤(2)做准备；
2)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1)生长的GaAs低温缓冲层2上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR3；
3)在AlGaAs复合吸收材料DBR3上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4；
4)保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR5；
5)温度降至680±20℃，在AlGaInP复合透明材料DBR5上生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层7；
6)保持温度在680±20℃，在步骤5)的基础上生长(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱8；
7)温度降至680±20℃，在步骤6)的基础上生长Alx2Ga1-x2InP P型限制层9；
8)将温度拉升到750±20℃，在步骤7)生长的Alx2Ga1-x2InP P型限制层9上生长Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层10；目的为抑制AlInP/GaP异质结尖峰，尤其是在价带内。增强空穴注入，工作电压降低，在大电流注入时，由于焦耳热的减少，带晶格过渡层的会有更高的发光效率。
9)将温度拉升到800±20℃，在步骤8)的基础上生长p型GaP窗口层11；
10)外延材料生长完毕后，在GaP窗口层11的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极12，然后将GaAs衬底1减薄后蒸镀AuGe金属层制作N面电极13，再将材料切割出一定尺寸的管芯产品，制作出成品发光二极管器件。
实施例5
实施例2提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，生长的具体步骤如下：
1)利用MOCVD方法在GaAs衬底1上生长GaAs低温缓冲层2；将GaAs衬底1放在MOCVD设备生长室内，H2环境升温到750±20℃烘烤10分钟到40分钟，以烘烤时间为25分钟为最佳，并通入AsH3，去除衬底表面水氧完成表面热处理，并为步骤(2)做准备；
2)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1)生长的GaAs低温缓冲层2上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR3；
3)在AlGaAs复合吸收材料DBR3上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4；
4)保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR5；
5)在AlGaInP复合透明材料DBR5上制备第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层6；
6)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层6上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR3完成第一组合DBR结构的生长；
7)温度降至680±20℃，在第一组合DBR结构上生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层7；
8)保持温度在680±20℃，在步骤7)的基础上生长(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱8；
9)温度降至680±20℃，在步骤8)的基础上生长Alx2Ga1-x2InP P型限制层9；
10)将温度拉升到750±20℃，在步骤9)生长的Alx2Ga1-x2InP P型限制层9上生长Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层10；目的为抑制AlInP/GaP异质结尖峰，尤其是在价带内。增强空穴注入，工作电压降低，在大电流注入时，由于焦耳热的减少，带晶格过渡层的会有更高的发光效率。
11)将温度拉升到800±20℃，在步骤10)的基础上生长p型GaP窗口层11；
12)外延材料生长完毕后，在GaP窗口层11的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极12，然后将GaAs衬底1减薄后蒸镀AuGe金属层制作N面电极13，再将材料切割出一定尺寸的管芯产品，制作出成品发光二极管器件。
实施例6
实施例3提供的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，生长的具体步骤如下：
1)利用MOCVD方法在GaAs衬底1上生长GaAs低温缓冲层2；
2)温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1)生长的GaAs低温缓冲层2上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR3；
3)在AlGaAs复合吸收材料DBR3上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4；
4)保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层4上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR5；
5)在AlGaInP复合透明材料DBR5上生长第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层6；
6)重复步骤2)至步骤4)1次，完成一个第二组合DBR结构的生长；
7)温度降至680±20℃，在第二组合DBR结构上生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层7；
8)保持温度在680±20℃，在步骤7)的基础上生长(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱8；
9)温度降至680±20℃，在步骤8)的基础上生长Alx2Ga1-x2InP P型限制层9；
10)将温度拉升到750±20℃，在步骤9)生长的Alx2Ga1-x2InP P型限制层9上生长Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层10；目的为抑制AlInP/GaP异质结尖峰，尤其是在价带内。增强空穴注入，工作电压降低，在大电流注入时，由于焦耳热的减少，带晶格过渡层的会有更高的发光效率。
11)将温度拉升到800±20℃，在步骤10)的基础上生长p型GaP窗口层11；
12)外延材料生长完毕后，在GaP窗口层11的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极12，然后将GaAs衬底1减薄后蒸镀AuGe金属层制作N面电极13，再将材料切割出一定尺寸的管芯产品，制作出成品发光二极管器件。
GaAs低温缓冲层2、Alx1Ga1-x1InP N型限制层7的N型掺杂源均为Si2H6；Alx2Ga1-x2InPP型限制层9和Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层10的掺杂源均为CBr4或DEZn，GaAs重掺杂P型层的掺杂源为CBr4；Alx2Ga1-x2InP P型限制层9的掺杂源为CP2Mg。
H2的流量为8000～50000sccm；TMGa的纯度为99.9999％，TMGa的恒温槽的温度为(-5)～15℃；TMIn的纯度为99.9999％，TMIn的恒温槽的温度为(15)±5℃；TMAl的纯度为99.9999％，TMAl的恒温槽的温度为10～28℃；AsH3的纯度为99.9999％；Si2H6的纯度为99.9999％；Cp2Mg的纯度为99.9999％，Cp2Mg的恒温槽的温度为0-25℃，CBr4的恒温槽的温度为0-10℃。
对实施例6所制备的GaAs基LED外延片在白光激发下进行光致发光测试，光致发光图谱的测试结果如图4所示，图中横坐标为激发波长，单位nm，纵坐标为反射率，单位％。在光谱中最强峰的峰值为637nm，最强峰的峰值的半宽56.7nm。并且在650-750nm波长范围内的反射率大大增加，最高可以到达80％。
对比例1
对比例1提供的GaAs基LED结构与实施例1提供的GaAs基LED结构，区别之处在于，未设置复合DBR反射结构，仅设置DBR反射结构。
对比例1提供的GaAs基LED外延片在白光激发下进行光致发光测试，测试结果图5所示，图5中横坐标为激发波长，单位nm，纵坐标为反射率，单位％。在光谱中最强峰的峰值为631nm，最强峰的半宽为50.8nm，在650-750nm波长范围内的反射率不超过60％。
由对比例1和实施例6的结果可知，本发明提供的结构能够拓展反射图谱的宽度，提高大倾斜角入射光的反射，从而能够反射更长波长的光，提高LED的发光效率。
Claims (11)
1.一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其特征在于，包括自下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs低温缓冲层、AlGaAs复合吸收材料DBR、Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层、AlGaInP复合透明材料DBR、Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层和GaP窗口层，GaP窗口层的表面设置有P面电极，GaAs衬底的背面设置有N面电极；0≤x1≤1，0≤x2≤1，0≤x3≤1，0≤x＜y≤1，0≤x8≤1；
所述AlGaAs复合吸收材料DBR由Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层交替生长组成，0≤x4≤0.5，0.42≤x5≤1；
所述AlGaInP复合透明材料DBR由Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层交替生长组成，0≤x6≤1，0≤x7≤1；
所述AlGaAs复合吸收材料DBR中Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的对数为5-30对，
所述 AlGaInP复合透明材料DBR中Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层的对数为5-30对，
AlGaAs复合吸收材料DBR 和AlGaInP复合透明材料DBR通过Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其特征在于，所述AlGaAs复合吸收材料DBR中Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的对数为15对。
3.根据权利要求1所述的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其特征在于，所述 AlGaInP复合透明材料DBR中Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层的对数为20对。
4.根据权利要求1所述的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其特征在于，所述AlGaInP复合透明材料DBR和所述Alx1Ga1-x1InP N型限制层之间设置1-5个第一组合DBR结构；所述第一组合DBR结构自下到上设置有第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层和AlGaAs复合吸收材料DBR。
5.根据权利要求1所述的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其特征在于，所述AlGaInP复合透明材料DBR和所述Alx1Ga1-x1InP N型限制层之间设置有1-5个第二组合DBR结构；所述第二组合DBR结构包括自下到上依次设置的第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层、AlGaAs复合吸收材料DBR、Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层、AlGaInP复合透明材料DBR。
6.根据权利要求1所述的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其特征在于，GaAs低温缓冲层的厚度为200-1500Å，掺杂浓度为5E17-6E18个原子/cm3；
Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层和第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层的厚度均为50-200Å，掺杂浓度为5E18-1E20个原子/cm3；
Alx1Ga1-x1InP N型限制层的厚度为0.1-4um，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；
Alx2Ga1-x2InP P型限制层的厚度为0.1-4um，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；
Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层的厚度为50-200Å，掺杂浓度为5E18-1E20个原子/cm3；
(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱的厚度为0.1-0.2um，掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3。
7.根据权利要求6所述的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED，其特征在于，GaAs低温缓冲层的厚度为500 Å，掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3；
Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层和第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层的厚度均为100Å，掺杂浓度为5E19个原子/cm3；
Alx1Ga1-x1InP N型限制层的厚度为3um，掺杂浓度为8E17个原子/cm3；
Alx2Ga1-x2InP P型限制层的厚度为3um，掺杂浓度为8E17个原子/cm3；
Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层的厚度为100Å，掺杂浓度为5E19个原子/cm3；
(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱的厚度为0.1um，掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3。
8.一种如权利要求1-3、6任一项所述的采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）利用MOCVD方法在GaAs衬底上生长GaAs低温缓冲层；
2）温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1）生长的GaAs低温缓冲层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
3）在AlGaAs复合吸收材料DBR上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
4）保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR；
5）在所述AlGaInP复合透明材料DBR上依次生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP 晶格过渡层和GaP窗口层；
6）在GaP窗口层的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极，在减薄后的GaAs衬底的背面蒸镀AuGe金属层，制作N面电极，再切割出管芯产品，制作出成品LED器件。
9.一种如权利要求4所述的采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）利用MOCVD方法在GaAs衬底上生长GaAs低温缓冲层；
2）温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1）生长的GaAs低温缓冲层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
3）在AlGaAs复合吸收材料DBR上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
4）保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR；
5）在AlGaInP复合透明材料DBR上制备第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
6）温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
7）重复步骤5）至步骤6）共0-4次，完成第一组合DBR结构的生长；
8）在第一组合DBR结构上依次生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP 晶格过渡层和GaP窗口层；
9）在GaP窗口层的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极，在减薄后的GaAs衬底的背面蒸镀AuGe金属层，制作N面电极，再切割出管芯产品，制作出成品LED器件。
10.一种如权利要求5所述的采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）利用MOCVD方法在GaAs衬底上生长GaAs低温缓冲层；
2）温度保持在700±20℃，继续通入TMGa、TMAl和AsH3，在步骤1）生长的GaAs低温缓冲层上进行Alx4Ga1-x4As层和Alx5Ga1-x5As层的交替生长，制备AlGaAs复合吸收材料DBR；
3）在AlGaAs复合吸收材料DBR上制备Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
4）保持温度700±20℃，在Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层上交替生长Alx6Ga1-x6InP层和Alx7Ga1-x7InP层，制备AlGaInP复合透明材料DBR；
5）在AlGaInP复合透明材料DBR上生长第二Alx8Ga1-x8InP晶格过渡层；
6）重复步骤2）至步骤4）；
7）重复步骤5）和步骤6）共0-4次，完成第二组合DBR结构的生长；
8）在第二组合DBR结构上依次生长Alx1Ga1-x1InP N型限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP复合量子阱、Alx2Ga1-x2InP P型限制层、Alx3Ga1-x3InP 晶格过渡层和GaP窗口层；
9）在GaP窗口层的表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金属薄膜，制作P面电极，在减薄后的GaAs衬底的背面蒸镀AuGe金属层，制作N面电极，再切割出管芯产品，制作出成品LED器件。
11.根据权利要求10所述的一种采用不同材料DBR提高亮度的GaAs基LED的制备方法，其特征在于，所述GaAs低温缓冲层、Alx1Ga1-x1InP N型限制层的N型掺杂源均为Si2H6；所述Alx2Ga1-x2InP P型限制层和Alx3Ga1-x3InP晶格过渡层的掺杂源均为CBr4或DEZn。
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