一种GaN LED外延结构及其制作方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及发光
二极管技术领域，尤其涉及一种GaN LED外延结构及其制作方法。
背景技术
[0002] 参见图1，现有的GaN LED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。
[0003] 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。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种GaN LED外延结构，结构简单，出光效率高。
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种GaN LED外延结构的制作方法，操作简单，出光效率高。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种GaN LED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；
[0007] 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。
[0008] 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)。
[0009] 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)；
[0010] 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)。
[0011] 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。
[0012] 作为上述方案的改进，所述InxAl1-xN层的折射率为4.37～4.61。
[0013] 相应地，本发明还提供了一种GaN LED外延结构的制作方法，包括：
[0014] 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。
[0015] 相应地，本发明还提供了一种GaN LED外延结构的制作方法，包括：
[0016] 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。
[0017] 相应地，本发明还提供了一种GaN LED外延结构的制作方法，包括：
[0018] 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。
[0019] 作为上述方案的改进，所述反射层的制作方法如下：
[0020] 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；
[0021] 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。
[0022] 实施本发明，具有如下有益效果：
[0023] 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。
[0024] 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
[0025] 图1是现有的GaN LED芯片的出光示意图；
[0026] 图2是本发明
实施例1的外延结构示意图；
[0027] 图3是本发明实施例2的外延结构示意图；
[0028] 图4是本发明实施例3的外延结构示意图；
[0029] 图5是实施例1外延结构的出光示意图。
具体实施方式
[0030] 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。
[0031] 参见图2至图4，本发明提供的一种GaN LED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。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 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。
[0043] 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)。
[0044] 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。
[0045] 优选的，所述反射层包括6～10个周期的GaN层和InxAl1-xN层。
[0046] 相应地，本发明还提供了一种GaN LED外延结构的制作方法，包括：
[0047] 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。
[0048] 相应地，本发明还提供了一种GaN LED外延结构的制作方法，包括：
[0049] 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。
[0050] 相应地，本发明还提供了一种GaN LED外延结构的制作方法，包括：
[0051] 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。
[0052] 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。
[0053] 具体的，本发明反射层的制作方法如下：
[0054] 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；
[0055] 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；
[0056] 下面将以具体实施例来进一步阐述本发明
[0057] 实施例1
[0058] 一种GaN LED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。
[0059] 对比例1
[0060] 一种GaN LED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。
[0061] 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：
[0062]
[0063] 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。
