湘能華磊光電的LED外延層生長方法專利揭秘

2020-12-05 電子發燒友

湘能華磊光電的LED外延層生長方法專利揭秘

嘉德IPR 發表於 2020-03-25 16:38:36

該項專利通過Mg摻雜濃度高-低-高階梯分布結構組成電容式結構，對高壓靜電的衝擊起到了分散、緩衝的作用，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。

集微網消息，湘能華磊光電公司是國內佔據LED晶片行業市場的十大企業之一，同時也是湖南省唯一一家LED外延、晶片、應用產品全產業鏈企業，主要研發、生產和銷售GaN基綠光、藍光和紫外發光二極體（LED）外延材料、晶片器件和LED應用產品。

發光二極體(LED)作為一種高效、環保和綠色的新型固態照明光源，由於其體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等特性，被廣泛應用於戶外顯示屏、車燈、交通信號燈、景觀照明、背光源等領域。目前LED晶片多採用生長在藍寶石襯底上的GaN基材料，由於GaN基材料與藍寶石襯底間晶格失配度較大，會在外延層中產生大量的位錯和缺陷，會造成LED晶片p型和n型電極處於襯底的同一側，造成電流密度分布不均勻。另外，由於藍寶石襯底是絕緣材料，當因摩擦、感應等因素產生的靜電電荷積累到一定程度時，會發生靜電釋放現象，從而造成PN結短路或漏電，使得LED器件發生失效。

基於這種情況，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晶片」的發明專利（申請號：201510737049.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外延層結構圖

圖1展示了專利發明中的LED外延層結構示意圖，示意圖中從下到上分別表示襯底、緩衝層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。此專利的核心在於通過調整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，並在H2氣氛下，在襯底上生長低溫緩衝層GaN，此後調節反應室溫度及壓力，在相同H2氣氛下分別生長不摻雜GaN層和nGaN層。進一步調節溫度至800℃-970℃，並在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構，還需要繼續在N2氣氛下，調節不同的反應室溫度和反應室壓力，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。最後，降低溫度和壓力，生長InGaN接觸層並降溫冷卻，形成完整的LED外延層。

圖2 亮度於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-高階梯分布結構組成電容式結構，對高壓靜電的衝擊起到了分散、緩衝的作用，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知名的半導體企業，其持續的創新能力與優秀成果不斷縮小我國與國際頂尖半導體公司的差距，相信該項專利能夠在不久的將來實現LED產業化，進一步推動著我國半導體產業的發展。

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