红光LED外延结构及其制作方法、LED芯片与流程

本技术涉及led，尤其涉及一种红光led外延结构及其制作方法以及一种led芯片。

背景技术：

1、algainp材料体系是当前制备高亮度红光led的主流技术方案，其通过调控al、ga、in三种元素的组分比例，可实现620nm-660nm波段的高效发光，广泛应用于显示背光、通用照明等领域。随着mini/micro led显示、汽车照明等高端应用对器件波长稳定性、抗静电能力和散热性能的要求持续提升。

2、在红光led外延结构中，分布式布拉格反射层（distributed bragg reflector，dbr）是位于衬底与有源区之间的关键功能层，其作用是将有源区向衬底方向发射的光反射回出光面，从而显著提升器件的外量子效率和出光亮度。

3、但是，现有分布式布拉格反射层的设置仅聚焦于光学反射性能优化，未考虑热学、电学与力学性能的协同设计，无法同时满足高端应用对散热、电流均匀性及长期可靠性的综合要求。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术提供了一种红光led外延结构及其制作方法以及一种led芯片，以实现光学、热学、电学与力学性能的协同设计，有利于同时满足高端应用对散热、电流均匀性及长期可靠性的综合要求。具体方案如下：

2、一种红光led外延结构，包括：层叠的衬底、反射结构层、n型结构层、有源层和p型结构层，其中，所述反射结构层包括反射层和电流扩展层，所述反射层包括相对位于所述电流扩展层两侧的第一反射层和第二反射层；

3、其中，所述反射层包括：多个反射周期层以及周期性位于所述反射周期层之间的应力调节层，所述反射周期层包括层叠的具有不同折射率的第一子层和第二子层。

4、可选地，所述第一子层为alinp层，所述第二子层为algainp层；所述应力调节层为alinp层。

5、可选地，所述第一子层的导带偏移取值范围为118mev~208mev，包括端点值，厚度取值范围为35nm~50nm，包括端点值；

6、所述第二子层的导带偏移取值范围为162mev~306mev，包括端点值，禁带宽度取值范围为1.599ev~1.875ev，包括端点值，厚度取值范围为35nm~50nm，包括端点值；

7、所述反射周期层的厚度取值范围为70~100nm，包括端点值，掺杂离子为硅离子，所述反射周期层的费米能级位置取值范围为-15mev~5mev,包括端点值；

8、所述应力调节层的导带偏移取值范围为162mev~256mev，包括端点值，沿所述反射结构层的生长方向，所述应力调节层的导带偏移量递增；

9、所述应力调节层的厚度取值范围为8nm~15nm，包括端点值，费米能级位置取值范围为-15mev~5mev,包括端点值；

10、所述反射结构层的总厚度取值范围为0.77μm~2.25μm，包括端点值。

11、可选地，所述反射层中，每n个所述反射周期层插入一个所述应力调节层，n的取值范围为3-6，包括端点值。

12、可选地，所述电流扩展层为al0.3ga0.2in0.5p层。

13、可选地，所述电流扩展层包括扩展层和至少位于所述扩展层一侧的辅助层；其中，所述辅助层的费米能级位置小于或等于所述扩展层的费米能级位置。

14、可选地，所述辅助层的费米能级位置取值范围为-7.5mev~23.1mev，包括端点值，所述辅助层的厚度取值范围为40nm~60nm，包括端点值；

15、所述扩展层的费米能级位置取值范围为23.1mev~39.5mev，包括端点值，厚度取值范围为100nm~140nm，包括端点值。

16、可选地，所述电流扩展层包括相对位于所述扩展层两侧的第一辅助层和第二辅助层。

17、可选地，所述第一辅助层和所述第二辅助层的费米能级位置均小于所述扩展层的费米能级位置；

18、所述电流扩展层还包括位于所述辅助层和所述扩展层之间的第一本征间隔层。

19、可选地，所述电流扩展层包括交替堆叠的al0.1ga0.9p层和gap层。

20、可选地，所述gap层包括沿远离所述衬底方向层叠的第一子gap层和第二子gap层，所述第一子gap层的费米能级位置小于第二子gap层的费米能级位置。

21、可选地，所述有源层包括沿远离所述衬底方向排布的第一有源层、隧道结和第二有源层；其中，所述第一有源层包括交替堆叠的第一垒层和第一阱层，所述第二有源层包括交替堆叠的第二垒层和第二阱层；

22、所述第一垒层和所述第二垒层为algainp层，且所述第一垒层的禁带宽度大于所述第二垒层的禁带宽度。

23、可选地，所述第一垒层的禁带宽度取值范围为1.91ev~2.01ev，包括端点值；

24、所述第二垒层的禁带宽度取值范围为1.85ev~1.92ev，包括端点值。

25、可选地，所述第一有源层还包括：位于所述第一垒层和所述第一阱层之间的第一简井层；所述第二有源层包括位于所述第二垒层和所述第二阱层之间的第二简井层；

26、其中，所述第一简井层的晶格常数大于所述第一垒层的晶格常数，且小于所述第一阱层的晶格常数，所述第一简井层的导带大于所述第一阱层的导带且小于所述第一垒层的导带；

27、所述第二简井层的晶格常数大于所述第二垒层的晶格常数，且小于所述第二阱层的晶格常数，所述第二简井层的导带大于所述第二阱层的导带且小于所述第二垒层的导带。

28、可选地，所述第一垒层的导带偏移取值范围为58mev~143mev，包括端点值，厚度取值范围为6nm~10nm，包括端点值；

29、所述第一简井层的导带偏移取值范围为143mev~189mev，包括端点值，厚度取值范围为5nm~10nm，包括端点值；

30、所述第一阱层的导带偏移取值范围为0mev~25mev，包括端点值，禁带宽度取值范围为1.81ev~1.99ev，包括端点值，厚度取值范围为3nm~8nm，包括端点值；

31、所述第一有源层中第一垒层、第一简井层和第一阱层的周期数取值范围为3~5，包括端点值；

32、所述第一有源层的总厚度取值范围为42nm~140nm，包括端点值；

33、所述第二垒层的导带偏移取值范围为100mev~237mev，包括端点值，厚度取值范围为6nm~10nm，包括端点值；

34、所述第二简井层的导带偏移取值范围为143mev~189mev，包括端点值，厚度取值范围为5nm~10nm，包括端点值；

35、所述第二阱层的导带偏移取值范围为0mev~25mev，包括端点值，禁带宽度取值范围为1.81ev~1.99ev，包括端点值，厚度取值范围为3nm~8nm，包括端点值；

36、所述第二有源层中第二垒层、第二简井层和第二阱层的周期数取值范围为4~6，包括端点值；

37、所述第二有源层的总厚度取值范围为56nm~168nm，包括端点值。

38、可选地，沿远离所述衬底的方向，所述第一垒层的导带偏移量递增，所述第二垒层的导带偏移量递增。

39、可选地，所述第二有源层中的周期数大于所述第一有源层中的周期数。

40、可选地，所述第一有源层中的周期数为其取值范围的最小值，所述第二有源层中的周期数为其取值范围的最大值。

41、可选地，所述隧道结包括沿远离所述衬底方向排布的n型掺杂gaas层和p型掺杂gaas层；其中，

42、n型掺杂gaas层的厚度取值范围为8nm~12nm，包括端点值，费米能级位置取值范围为115mev~170mev，包括端点值；

43、p型掺杂gaas层的厚度取值范围为8nm~12nm，包括端点值，费米能级位置取值范围为90mev~140mev，包括端点值；

44、所述隧道结的总厚度取值范围为16nm~24nm，包括端点值。

45、可选地，还包括：位于所述第一有源层和所述隧道结之间的第二本征间隔层以及位于所述隧道结和所述第二有源层之间的第三本征间隔层；

46、其中，所述第二本征间隔层和所述第三本征间隔层为gaas层，厚度不小于50nm。

47、一种led芯片，包括上述任一项所述的红光led外延结构。

48、一种红光led外延结构的制作方法，应用于上述任一项所述的红光led外延结构，该制作方法包括：

49、提供衬底；

50、在衬底上依次制作反射结构层、n型结构层、有源层和p型结构层，其中，所述反射结构层包括反射层和电流扩展层，所述反射层包括相对位于所述电流扩展层两侧的第一反射层和第二反射层；

51、其中，所述反射层包括：多个反射周期层以及周期性位于所述反射周期层之间的应力调节层，所述反射周期层包括层叠的具有不同折射率的第一子层和第二子层。

52、可选地，所述有源层的制作包括：

53、在所述n型结构层远离所述衬底一侧制作第一有源层；

54、在所述第一有源层远离所述n型结构层一侧制作隧道结；

55、在所述隧道结远离所述第一有源层一侧制作第二有源层；

56、其中，所述隧道结的制作过程包括：

57、通入ga源、as源和n型掺杂源，在所述第一有源层远离所述n型结构层一侧制作n型掺杂gaas层；

58、所述n型掺杂gaas层生长完成后，停止通入n型掺杂源，在第一时间内通入p型掺杂源；

59、在p型掺杂氛围内暂停生长第二时间后，在n型gaas层远离第一有源层一侧生长p型掺杂gaas层；

60、其中，所述第一时间的取值范围为0.05s~1s，包括端点值，所述第二时间的取值范围为10s~20s，包括端点值。

61、可选地，该方法在通入ga源、as源和n型掺杂源，在所述第一有源层远离所述n型结构层一侧制作n型掺杂gaas层之前还包括：

62、通入ga源、as源，在所述第一有源层远离所述n型结构层一侧制作具有预设厚度的本征掺杂gaas层，所述n型掺杂gaas层形成在本征掺杂gaas层表面，所述预设厚度不小于50nm；

63、在n型gaas层远离第一有源层一侧生长p型掺杂gaas层之后，该方法还包括：

64、停止通入p型掺杂源，继续通入ga源、as源，在所述p型掺杂gaas层表面生长本征掺杂gaas层。

65、本技术实施例所提供的红光led外延结构中，反射结构层采用第一反射层、电流扩展层和第二反射层的三段式结构，实现了光学反射、应力调控、热传导和电流扩展四重功能，即在本实施例中，反射结构层的设置不仅考虑光学性能，还考虑了热学、电学和力学，实现了光学、热学、电学和力学的协同优化，相较于传统dbr从单一性能优化升级为多维度协同优化，有利于同时满足高端应用对散热、电流均匀性及长期可靠性的综合要求。