一种外延结构及其制作方法、LED芯片与流程

本发明涉及发光二极管，更为具体地说，涉及一种外延结构及其制作方法、led芯片。

背景技术：

1、algainp系红光led因其在560nm-650nm波长范围内的优异发光效率，已成为rgb背光和mini-led显示技术的核心红光光源。随着显示技术向高亮度、高对比度发展，驱动电流密度持续攀升，对器件的热管理能力提出了严峻挑战。algainp材料体系外延生长在gaas衬底上，两者之间存在固有的晶格常数失配与热膨胀系数差异，在大电流注入和高温工作条件下，热应力问题尤为突出，成为制约器件可靠性与寿命的关键瓶颈。

2、在传统mini-led背光应用中，芯片尺寸<200μm，工作电流密度>100a/cm²。但algainp热导率仅1.0w/m•k-1.5w/m•k，远低于gan（~130w/m•k）。高电流下热量积聚导致：外量子效率热猝灭、波长红移、缺陷增殖加速老化。传统器件寿命仅20,000-30,000小时，难以满足显示领域>50,000小时的要求。

3、因此，减少led芯片热量积聚成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种外延结构及其制作方法、led芯片，可以减少外延结构和led芯片热量堆积。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种外延结构，其包括

4、衬底；

5、设置于所述衬底一侧表面上的外延层；所述外延层包括n型层、p型层和位于n型层和p型层之间的有源层；

6、位于所述有源层背离所述n型层一侧的若干第一散热凸部；所述第一散热凸部间隔分布，并镶嵌于所述外延层；所述第一散热凸部背离所述有源层的第一表面与所述p型层接触，朝向所述有源层的第二表面与所述p型层或者所述有源层接触。

7、可选地，所述p型层包括沿背离所述有源层的方向依次层叠的p型限制层和p型窗口层；所述第一散热凸部的热导率大于所述有源层的热导率和所述p型限制层的热导率；

8、其中，所述第一散热凸部设置于所述p型限制层和有源层之间；所述第一散热凸部的第一表面与所述p型限制层接触，第二表面与所述有源层朝向所述p型限制层的表面接触；

9、或者，所述第一散热凸部设于所述p型限制层内部，所述第一散热凸部的第一表面和第二表面均与所述p型限制层接触；

10、或者，所述第一散热凸部设于所述p型限制层和p型窗口层之间；所述第一散热凸部的第一表面与p型窗口层接触，第二表面与所述p型限制层接触。

11、可选地，还包括位于所述有源层背离所述p型层一侧的若干第二散热凸部；所述第二散热凸部间隔分布，并镶嵌于所述外延层；

12、所述第二散热凸部朝向所述有源层的第三表面与所述有源层接触，背离所述有源层的第四表面与所述n型层接触。

13、可选地，所述第一散热凸部包括p型alinp散热凸部、p型alas散热凸部、p型algap散热凸部和p型gap散热凸部中的一种或多种。

14、可选地，所述第一散热凸部的第一表面与所述p型限制层接触，第二表面与所述有源层朝向所述p型限制层的表面接触；所述p型限制层填充所述第一散热凸部之间的间隔；

15、所述p型限制层包括p型algainp层；

16、所述第一散热凸部包括p型alinp层。

17、可选地，所述第一散热凸部的厚度取值范围为100nm-150nm，包括端点值；

18、所述第一散热凸部的p型费米能级ef距其价带顶ev的距离取值范围为90mev~120mev，包括端点值；

19、所述第一散热凸部的直径取值范围为60nm-120nm，包括端点值；

20、相邻两所述第一散热凸部之间的间距取值范围为200nm-300nm，包括端点值。

21、可选地，外延层还包括位于n型层背离所述有源层一侧的dbr反射层；

22、所述dbr反射层包括应力释放层和反射叠层；

23、所述反射叠层包括周期设置的第一子层和第二子层；

24、所述应力释放层周期性设置于所述反射叠层内。

25、可选地，所述第一子层包括n型alas层；所述第二子层包括n型algaas层；

26、在所述反射叠层的一个周期中，所述第二子层较所述第一子层更靠近所述有源层；

27、所述应力释放层包括本征alinp层。

28、可选地，所述第一子层的厚度取值范围为56nm-60nm，包括端点值；

29、所述第二子层的厚度取值范围为47nm-50nm，包括端点值；

30、所述应力释放层的厚度取值范围为5nm-10nm，包括端点值。

31、可选地，所述应力释放层为整层结构；或者，所述应力释放层为若干间隔分布的凸部结构。

32、可选地，所述dbr反射层在每n对第一子层和第二子层之后设置一层应力释放层；5≤n≤10。

33、可选地，所述n型层包括n型algainp限制层；

34、所述p型限制层包括p型algainp限制层；

35、所述p型窗口层包括p型gap窗口层；

36、所述p型层还包括p型gaas接触层，所述p型gaas接触层位于所述p型窗口层背离所述p型限制层的一侧；

37、所述有源层包括algainp/gainp多量子阱有源层。

38、本发明还提供一种外延结构的制作方法，包括：

39、提供一衬底；

40、在所述衬底的一侧表面生长外延层和若干第一散热凸部：

41、在所述衬底的一侧表面生长n型层；

42、在n型层背离所述衬底的表面生长有源层；

43、在有源层背离n型层的表面生长第一散热凸部和p型层；

44、所述第一散热凸部间隔分布，并镶嵌于所述外延层；所述第一散热凸部背离所述有源层的第一表面与所述p型层接触，朝向所述有源层的第二表面与所述p型层或者所述有源层接触。

45、本发明还提供一种led芯片，其包括上述任意一项所述的一种外延结构、p电极和n电极；

46、所述p电极与所述p型层电连接；

47、所述n电极与所述n型层电连接。

48、相较于已有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

49、已有技术的外延结构，热量主要依赖于横向面内热扩散，即热量从有源区产生后，需要沿平面方向向边缘扩散，再通过封装结构导出。外延结构中有源层为主要热源，主散热通道在p侧，且p侧电流扩展较差，本技术的外延结构在有源层背离n型层的一侧设置若干第一散热凸部，也即在p侧设置若干第一散热凸部，改善p侧散热，对散热的提升效果更好。另外第一散热凸部与位于第一散热凸部之间间隔内的膜层并联导电，对电流分布均匀性有辅助提升作用，进一步减少外延结构的热量积聚。第一散热凸部间隔分布，各第一散热凸部侧壁是自由表面，应力可以通过侧壁弛豫，位错不容易在凸部内形核和扩展。并且，在实际制作中，第一散热凸部可以在有源层生长完成之后制作，工艺风险更低。该外延结构运用于algainp系红光led时，有效实现了结温降低、老化寿命提升的技术效果，为rgb背光/miniled应用提供了高可靠性的红光解决方案。