一种GaNLED外延结构及其制作方法与流程

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种ganled外延结构及其制作方法。

背景技术：

参见图1，现有的ganled芯片一般包括衬底10、设于衬底10上的n型gan层21、设于n型gan层21上的有源层22、设于有源层22上的p型gan层23和电极结构，为了避免封装机板吸光，提高出光效率，一般会在衬底10的背面形成dbr反射层30。然而，有源层22发出的光经过dbr反射层30反射后小穿透gan晶体和衬底出射，这样会造成光的损失，如光的反射、吸收、散射。

由于现有的dbr反射层是采用离子蒸镀工艺来形成，其形成温度为150℃，材料为sio2/ti2o5，因此不能在形成温度为1000℃左右的gan外延层中形成，dbr反射层的结构会被破坏。此外，形成dbr反射层和形成外延层的设备不同，若在外延层中生长一层dbr反射层，则需要切换设备，容易发生污染。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种ganled外延结构，结构简单，出光效率高。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种ganled外延结构的制作方法，操作简单，出光效率高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种ganled外延结构，包括衬底、设于衬底上的n型gan层、设于n型gan层上的有源层、设于有源层上的p型gan层，还包括反射层，所述反射层设置在n型gan层和有源层之间，或者/和设置在p型gan层和有源层之间；

所述反射层包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，x＝0.15～0.2，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上，所述inxal1-xn层的折射率大于gan层的折射率，所述gan层的光学厚度大于inxal1-xn层的光学厚度。

作为上述方案的改进，所述反射层的光学厚度为d，有源层发出的光的波长为w，反射层的折射率为k，其中，d＝w/(4*k)。

作为上述方案的改进，每层inxal1-xn层的光学厚度为d1，有源层发出的光的波长为w，inxal1-xn层的折射率为k1，其中，d1＝w/(4*k1)；

每层gan层的光学厚度为d2，有源层发出的光的波长为w，gan层的折射率为k2，其中，d2＝w/(4*k2)。

作为上述方案的改进，所述反射层包括6～10个周期的gan层和inxal1-xn层。

作为上述方案的改进，所述inxal1-xn层的折射率为4.37～4.61。

相应地，本发明还提供了一种ganled外延结构的制作方法，包括：

采用mocvd在衬底依次形成n型gan层、反射层、有源层和p型gan层，所述反射层包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，x＝0.15～0.2，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上，所述inxal1-xn层的折射率大于gan层的折射率，所述gan层的光学厚度大于inxal1-xn层的光学厚度。

相应地，本发明还提供了一种ganled外延结构的制作方法，包括：

采用mocvd在衬底依次形成n型gan层、有源层、反射层和p型gan层，所述反射层包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，x＝0.15～0.2，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上，所述inxal1-xn层的折射率大于gan层的折射率，所述gan层的光学厚度大于inxal1-xn层的光学厚度。

相应地，本发明还提供了一种ganled外延结构的制作方法，包括：

采用mocvd在衬底依次形成n型gan层、反射层、有源层、反射层和p型gan层，所述反射层包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，x＝0.15～0.2，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上，所述inxal1-xn层的折射率大于gan层的折射率，所述gan层的光学厚度大于inxal1-xn层的光学厚度。

作为上述方案的改进，所述反射层的制作方法如下：

在mocvd内，调整反应腔温度为1000～1100℃，压力为100～300torr，转速为1100～1300rpm，在nh3的气氛下，通入tmga气体，形成gan层；

调整反应腔温度为750～850℃，压力为100～200torr，转速为1100～1300rpm，在nh3的气氛下，通入tein与teal两种气体，形成inxal1-xn层。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明将反射层设置在外延结构内，有源层发出的光很快就被反射层进行反射，不需要经过很多层外延结构和衬底才可以进行反射，有效减少光的损失。

本发明采用inxal1-xn层和gan层组合形成反射层，两者形成温度相近，晶格匹配度高，且两者的折射率不同，因此可以组合形成本发明设置在外延结构内的反射层。

附图说明

图1是现有的ganled芯片的出光示意图；

图2是本发明实施例1的外延结构示意图；

图3是本发明实施例2的外延结构示意图；

图4是本发明实施例3的外延结构示意图；

图5是实施例1外延结构的出光示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图2至图4，本发明提供的一种ganled外延结构，包括衬底10、设于衬底10上的n型gan层21、设于n型gan层21上的有源层22、设于有源层22上的p型gan层23、以及反射层30。

参见图2，所述反射层30设置在n型gan层21和有源层22之间。

参见图3，所述反射层30设置在p型gan层23和有源层22之间。

参见图4，所述反射层30设置在n型gan层21和有源层22之间，以及设置在p型gan层23和有源层22之间。

与现有的将dbr反射层设置在衬底的背面相比，参见图5，本发明将反射层30设置在外延结构内，有源层22发出的光很快就被反射层30进行反射，不需要经过很多层外延结构和衬底才可以进行反射，有效减少光的损失。

具体的，本发明的反射层30包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上。即，有源层发出的光先经过gan层后再经过inxal1-xn层。

由于inxal1-xn的形成温度与gan的形成温度相近，因此两者的晶格匹配度高，且两者的折射率不同，因此可以组合形成本发明设置在外延结构内的反射层。

需要说明的是，x的数值太低，则in的含量过低，则会降低inxal1-xn层的反射率；若x的数值太高，则in的含量过高，则inxal1-xn层的长晶状态不佳，影响外延结构的晶体质量。优选的，x＝0.15～0.2。更优的，x＝0.18。

需要说明的是，本发明inxal1-xn层的折射率为4.37～4.61，gan的折射率为2.38，inn折射率大于3，aln折射率为2.16。

由于inxal1-xn层的折射率高于gan层的折射率，因此gan层的光学厚度需要大于inxal1-xn层的光学厚度，两者才能形成全反射效果。若gan层的光学厚度小于inxal1-xn层的光学厚度，则经过反射层的光难以被全反射出去。

需要说明的是，反射层的光学厚度与有源层发出的光的波长和反射层的折射率有关。其中，光学厚度＝物理厚度*折射率。

所述反射层的光学厚度为d，有源层发出的光的波长为w，反射层的折射率为k，其中，d＝w/(4*k)。若反射层的光学厚度超出上述范围，则不能将有源层发生的光全反射出去。

具体的，每层inxal1-xn层的光学厚度为d1，有源层发出的光的中心波长为w，inxal1-xn层的折射率为k1，其中，d1＝w/(4*k1)；每层gan层的光学厚度为d2，gan层的折射率为k2，其中，d2＝w/(4*k2)。

以蓝白光的led芯片为例，中心波长为400nm，其中，d1＝400/(4*4.5)＝22nm，d2＝400/(4*2.38)＝42nm。

优选的，所述反射层包括6～10个周期的gan层和inxal1-xn层。

相应地，本发明还提供了一种ganled外延结构的制作方法，包括：

采用mocvd在衬底依次形成n型gan层、反射层、有源层和p型gan层，所述反射层包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，x＝0.15～0.2，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上，所述inxal1-xn层的折射率大于gan层的折射率，所述gan层的光学厚度大于inxal1-xn层的光学厚度。

相应地，本发明还提供了一种ganled外延结构的制作方法，包括：

采用mocvd在衬底依次形成n型gan层、有源层、反射层和p型gan层，所述反射层包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，x＝0.15～0.2，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上，所述inxal1-xn层的折射率大于gan层的折射率，所述gan层的光学厚度大于inxal1-xn层的光学厚度。

相应地，本发明还提供了一种ganled外延结构的制作方法，包括：

采用mocvd在衬底依次形成n型gan层、反射层、有源层、反射层和p型gan层，所述反射层包括若干个周期的gan层和inxal1-xn层，其中，x＝0.15～0.2，所述inxal1-xn层设置在所述gan层上，所述inxal1-xn层的折射率大于gan层的折射率，所述gan层的光学厚度大于inxal1-xn层的光学厚度。

需要说明的是，inaln和gan之间存在自发极化差异大、导带不连续性大、相分离和成分不均匀性，生长高质量的inaln薄膜仍然存在一定的困难。inaln随温度升高，折射率、消光系数和吸收系数发生红移，且折射率在透明区域增大。因此要形成本发明的反射层，具有较大的难度。

具体的，本发明反射层的制作方法如下：

在mocvd内，调整反应腔温度为1000～1100℃，压力为100～300torr，转速为1100～1300rpm，在nh3的气氛下，通入tmga气体，形成gan层；

调整反应腔温度为750～850℃，压力为100～200torr，转速为1100～1300rpm，在nh3的气氛下，通入tein与teal两种气体，形成inxal1-xn层；

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

实施例1

一种ganled外延结构，包括衬底、设于衬底上的n型gan层、设于n型gan层上的反射层、设于反射层上的有源层、设于有源层上的p型gan层，所述反射层包括3个周期的gan层和in0.18al0.82n层，其中，所述in0.18al0.82n层设置在所述gan层上，每层in0.18al0.82n层的光学厚度为22nm，每层gan层的光学厚度为42nm。

对比例1

一种ganled外延结构，包括衬底、设于衬底上的n型gan层、设于n型gan层上的有源层、设于有源层上的p型gan层。

实施例1和对比例1中的衬底、n型gan层、有源层和p型gan层的结构相同。将实施例1和对比例1的外延结构制作成尺寸为1030的芯片，然后对芯片进行封装测试，结构如下：

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。