湘能華磊光電的LED外延層生長方法專利揭秘

該項專利通過Mg摻雜濃度高-低-高階梯分布結(jié)構(gòu)組成電容式結(jié)構(gòu)，對高壓靜電的沖擊起到了分散、緩沖的作用，減少了高壓靜電的破壞力，從而提高GaN基LED器件的抗靜電能力。

集微網(wǎng)消息，湘能華磊光電公司是國內(nèi)占據(jù)LED芯片行業(yè)市場的十大企業(yè)之一，同時也是湖南省唯一一家LED外延、芯片、應(yīng)用產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，主要研發(fā)、生產(chǎn)和銷售GaN基綠光、藍光和紫外發(fā)光二極管（LED）外延材料、芯片器件和LED應(yīng)用產(chǎn)品。

發(fā)光二極管(LED)作為一種高效、環(huán)保和綠色的新型固態(tài)照明光源，由于其體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等特性，被廣泛應(yīng)用于戶外顯示屏、車燈、交通信號燈、景觀照明、背光源等領(lǐng)域。目前LED芯片多采用生長在藍寶石襯底上的GaN基材料，由于GaN基材料與藍寶石襯底間晶格失配度較大，會在外延層中產(chǎn)生大量的位錯和缺陷，會造成LED芯片p型和n型電極處于襯底的同一側(cè)，造成電流密度分布不均勻。另外，由于藍寶石襯底是絕緣材料，當(dāng)因摩擦、感應(yīng)等因素產(chǎn)生的靜電電荷積累到一定程度時，會發(fā)生靜電釋放現(xiàn)象，從而造成PN結(jié)短路或漏電，使得LED器件發(fā)生失效。

基于這種情況，早在2016年3月6日，湘能華磊光電公司就申請了一項名為“LED外延層生長方法及通過此方法獲得的LED芯片”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01510737049.X），申請人為湘能華磊光電股份有限公司。此專利主要提供了一種LED外延層生長方法，在提高LED亮度的同時，增強了GaN基LED器件的抗靜電能力。

圖1 LED外延層結(jié)構(gòu)圖

圖1展示了專利發(fā)明中的LED外延層結(jié)構(gòu)示意圖，示意圖中從下到上分別表示襯底、緩沖層GaN、不摻雜GaN、摻雜Si的GaN層、MQW有源層、電子阻擋層、摻雜有不同Mg濃度的第一P型GaN層、第二P型GaN層和第三P型GaN層。此專利的核心在于通過調(diào)整Mg濃度為高-低-高分布情況，用來提高LED亮度和減小高壓靜電的破壞力。

LED外延襯底的具體生長過程如下：首先將溫度升至1230℃-1280℃，對襯底處理4-8分鐘，緊接著降低溫度，并在H2氣氛下，在襯底上生長低溫緩沖層GaN，此后調(diào)節(jié)反應(yīng)室溫度及壓力，在相同H2氣氛下分別生長不摻雜GaN層和nGaN層。進一步調(diào)節(jié)溫度至800℃-970℃，并在N2氣氛下，在nGaN層上生長MQW有源層，利用Cp2Mg源作為Mg摻雜源，在MQW有源層上生長P型超晶格電子阻擋層。為形成電容式抗擊靜電結(jié)構(gòu)，還需要繼續(xù)在N2氣氛下，調(diào)節(jié)不同的反應(yīng)室溫度和反應(yīng)室壓力，通過通入不同摩爾濃度的Mg摻雜源，在電子阻擋層上生長出3類P型GaN層。最后，降低溫度和壓力，生長InGaN接觸層并降溫冷卻，形成完整的LED外延層。

圖2 亮度于ESD良率性能對比圖

圖2展示了利用此專利生長的LED與其他普通生長方式形成的LED亮度與ESD良率對比圖，經(jīng)過分析，此專利提出的LED外延層中的電子阻擋層、第一p型層和第二p型層Mg濃度為高-低-高分布情況，一方面提高空穴濃度和遷移率，提高了LED器件的亮度；另一方面通過Mg摻雜濃度高-低-高階梯分布結(jié)構(gòu)組成電容式結(jié)構(gòu)，對高壓靜電的沖擊起到了分散、緩沖的作用，減少了高壓靜電的破壞力，從而提高GaN基LED器件的抗靜電能力。

湘能華磊光電作為國內(nèi)知名的半導(dǎo)體企業(yè)，其持續(xù)的創(chuàng)新能力與優(yōu)秀成果不斷縮小我國與國際頂尖半導(dǎo)體公司的差距，相信該項專利能夠在不久的將來實現(xiàn)LED產(chǎn)業(yè)化，進一步推動著我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。