一种红光LED外延结构、LED芯片及其制备方法与流程

本发明涉及红光dbr、红光led外延，尤其涉及一种红光led外延结构、led芯片及其制备方法。

背景技术：

1、分布式布拉格反射器(distributed bragg reflector，dbr)是led发光二极管制程中常用的薄膜技术，它是由两种折射率不同的薄膜以abab的方式交替叠层组成，当光从光疏介质n1射向光密介质n2时(折射率n2＞n1)，光会在两介质的界面发生反射，同时形成相位变化，通过改变两种介质的厚度，使两次反射光达到干涉条件，形成干涉增强，进而起到反射镜的作用。

2、在正装红光led制作过程中，通常会在衬底上先生长dbr反射层再生长发光结构，以减少衬底对光的吸收，并将发射向衬底方向的光反射向出光面，从而达到提高发光亮度的作用。

3、现有的红光dbr结构通常使用alas和al0.5gaas两种材料以abab的方式交替生长20～30对，对小角度的光产生有效反射，在增加复合dbr后，可增加对大角度光的反射。然而这种结构的反射率仍然有限，仍有部分光透过dbr被衬底吸收，对led发光亮度的提升作用有限。

4、例如公开日是2015年6月3日、中国专利申请号为201310633836.0的专利文献公开了一种易于粗化的红光led芯片结构及制备方法，该芯片结构包括由下而上依次设置的gaas衬底、gaas缓冲层，algaas/alas dbr，alinp n限制层，algainp n波导层，mqw量子阱有源层，algainp p波导层，alinp p限制层，gap窗口层和gaasp/gaas粗化层。

5、本申请的发明人发现，这种易于粗化的红光led芯片结构中algaas材料al组分较高，因而algaas和alas的反射率差值较小，对光的反射作用有限，若减小al组分，又会导致algaas吸光，对光的反射作用有限；提高亮度会采用倒装芯片工艺，在芯片制程中制作反光层，且要去除gaas衬底，此工艺制程复杂、成本高、良率低。因此急需一种可提升正装led发光效率，对比倒装芯片可降低成本的红光led外延结构。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于前述部分提到的dbr反射率低，低al组分algaas会吸收led发光，降低发光效率，以及倒装芯片工艺复杂、成本高、良率低。

2、根据本发明的一个方面，提出一种红光led外延结构的制备方法，红光led外延结构具有由下而上依次设置的n型gaas衬底、gaas-si缓冲层、复合dbr结构、alinp掺si限制层、量子阱发光层、alinp掺mg限制层、gap掺镁电流扩展及出光层、gap掺碳欧姆接触层，其包括通过以下步骤制备复合dbr结构：

3、在gaas-si缓冲层上方，生长m组alxga(1-x)as/alas；再生长n组al0.5ga0.5as/alas，形成双层复合dbr结构。

4、根据本发明的一个实施例，方法还包括：在双层复合dbr结构的衬底侧再生长l组alyga(1-y)as/alas结构，形成具有三种组分的三层复合dbr结构。

5、根据本发明的一个实施例，m的取值范围为5≤m≤7，n的取值范围为20≤n≤24。

6、根据本发明的一个实施例，x的取值范围为0.4≤x＜0.5。

7、根据本发明的一个实施例，l的取值范围为5≤l≤8。

8、根据本发明的一个实施例，y的取值范围为0.45＜y＜0.55。

9、根据本发明的一个实施例，双层复合dbr结构中，上方材料更靠近发光层，下方材料的折射率差大于上方材料。

10、根据本发明的一个实施例，对于630nm红光，双层复合dbr结构中，alxga(1-x)as的厚度范围为44.74～43.26nm，alas的厚度为50.25nm。

11、根据本发明的另一个方面，提出一种红光led外延结构，其采用以上技术方案任一项提及的方法制备而成。

12、根据本发明的又一个方面，提出一种led芯片，其包括以上技术方案提及的红光led外延结构。

13、通过上述技术方案，本发明提供的红光led外延结构增大了algaas和alas的反射率差值，可提升正装led发光效率，能够在较低的电流下实现较高的光输出，对比倒装芯片可降低成本，具有较宽的电压适应范围，能够在不同电压条件下保持稳定的发光性能，有利于提升产品良率，结构设计紧凑，便于集成到各种照明设备和电子设备中，满足多样化的应用需求，适宜推广使用。

技术特征：

1.一种红光led外延结构的制备方法，所述红光led外延结构具有由下而上依次设置的n型gaas衬底、gaas-si缓冲层、复合dbr结构、alinp掺si限制层、量子阱发光层、alinp掺mg限制层、gap掺镁电流扩展及出光层、gap掺碳欧姆接触层，其特征在于，包括通过以下步骤制备所述复合dbr结构：

2.根据权利要求1所述的红光led外延结构的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的红光led外延结构的制备方法，其特征在于，所述m的取值范围为5≤m≤7，所述n的取值范围为20≤n≤24。

4.根据权利要求1所述的红光led外延结构的制备方法，其特征在于，所述x的取值范围为0.4≤x＜0.5。

5.根据权利要求2所述的红光led外延结构的制备方法，其特征在于，所述l的取值范围为5≤l≤8。

6.根据权利要求1所述的红光led外延结构的制备方法，其特征在于，所述y的取值范围为0.45＜y＜0.55。

7.根据权利要求1所述的红光led外延结构的制备方法，其特征在于，所述双层复合dbr结构中，上方材料更靠近发光层，下方材料的折射率差大于上方材料。

8.根据权利要求1所述的红光led外延结构的制备方法，其特征在于，对于630nm红光，所述双层复合dbr结构中，所述alxga(1-x)as的厚度范围为44.74～43.26nm，alas的厚度为50.25nm。

9.一种红光led外延结构，其特征在于，采用以上权利要求1-8任一项所述的方法制备而成。

10.一种led芯片，其特征在于，包括权利要求9所述的红光led外延结构。

技术总结
本发明公开了一种红光LED外延结构、LED芯片及其制备方法，红光LED外延结构具有复合DBR结构，方法包括通过以下步骤制备复合DBR结构：在GaAs‑Si缓冲层上方，生长m组Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;(1‑x)</subgt;As/AlAs；再生长n组Al<subgt;0.5</subgt;Ga<subgt;0.5</subgt;As/AlAs，形成双层复合DBR结构。本发明用复合DBR结构替代原有DBR结构，新的结构增大了AlGaAs和AlAs的反射率差值，可提升正装LED发光效率，能够在较低的电流下实现较高的光输出，对比倒装芯片可降低成本，具有较宽的电压适应范围，能够在不同电压条件下保持稳定的发光性能，有利于提升产品良率，结构设计紧凑，便于集成到各种照明设备和电子设备中，满足多样化的应用需求，适宜推广使用。

技术研发人员：杨杰,贾钊,窦志珍,胡恒广
受保护的技术使用者：青岛旭芯互联科技研发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27