[发明专利]一种GaAs基超高亮度LED结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种GaAs基超高亮度LED结构及其制备方法，该LED结构包括由下而上依次设置的N电极、GaAs衬底、AlGaAs缓冲层、GaAs缓冲层、AlGaAs/AlAs DBR、AlInP N限制层、AlGaInP N波导层、AlGaInP多量子阱有源层、AlGaInP P波导层、AlInP P限制层、GaP窗口层和P电极，P电极的周围设置有导热柱。本发明提供的GaAs基超高亮度LED结构，工作时的温度由普通LED的85℃‑100℃降为70℃‑85℃，相同尺寸下平均亮度高出20％。

技术领域

本发明涉及一种GaAs基超高亮度LED结构及其制备方法，属于半导体照明的技术领域。

背景技术

与传统光源一样，LED在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40％的输入电能转化为光能，其余60-70％的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。

由于的p型掺杂受限于Mg受主的溶解度和空穴的较高启动能，热量特别容易在p型区域中产生，这个热量必须通过整个结构才能在热沉上消散；LED器件的散热途径主要是热传导和热对流；GaAs衬底材料极低的热导率导致器件热阻增加，产生严重的自加热效应，对器件的性能和可靠性产生毁灭性的影响。

芯片尺寸较小，当温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率下降；当温度超过一定值时，器件失效率呈指数规律增加。统计资料表明，元件温度每上升2℃，可靠性下降10％。当多个LED密集排列，热量的耗散问题更严重。解决热量耗散问题已成为高亮度LED应用的先决条件。

发明内容

针对现有红光GaAs基LED亮度低，散热性差的问题，本发明提供一种GaAs基超高亮度LED结构及其制备方法。

本发明通过将导热柱嵌入GaP窗口层至AlGaAs/AlAs DBR反射层中，提高LED的散热性能，并且利用金属反射及电流阻挡层提高电流扩展进一步提高LED亮度。

术语解释：

DBR：分布式布拉格反射镜，Distributed Brag Reflector，也称布拉格反射层。

载流子浓度：掺杂半导体中单位体积内的电子或空穴数，单位1E18cm^-3含义是每立方厘米中含有1×10¹⁸个原子。

本发明的技术方案为：

一种GaAs基超高亮度LED结构，包括由下而上依次设置的N电极、GaAs衬底、AlGaAs缓冲层、GaAs缓冲层、AlGaAs/AlAs DBR、AlInP N限制层、AlGaInP N波导层、AlGaInP多量子阱有源层、AlGaInP P波导层、AlInP P限制层、GaP窗口层、ITO层和P电极，所述P电极的周围设置有导热柱。