湘能华磊光电的LED外延层生长方法专利揭秘

该项专利通过Mg掺杂浓度高-低-高阶梯分布结构组成电容式结构，对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，减少了高压静电的破坏力，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。

集微网消息，湘能华磊光电公司是国内占据LED芯片行业市场的十大企业之一，同时也是湖南省唯一一家LED外延、芯片、应用产品全产业链企业，主要研发、生产和销售GaN基绿光、蓝光和紫外发光二极管（LED）外延材料、芯片器件和LED应用产品。

发光二极管(LED)作为一种高效、环保和绿色的新型固态照明光源，由于其体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等特性，被广泛应用于户外显示屏、车灯、交通信号灯、景观照明、背光源等领域。目前LED芯片多采用生长在蓝宝石衬底上的GaN基材料，由于GaN基材料与蓝宝石衬底间晶格失配度较大，会在外延层中产生大量的位错和缺陷，会造成LED芯片p型和n型电极处于衬底的同一侧，造成电流密度分布不均匀。另外，由于蓝宝石衬底是绝缘材料，当因摩擦、感应等因素产生的静电电荷积累到一定程度时，会发生静电释放现象，从而造成PN结短路或漏电，使得LED器件发生失效。

基于这种情况，早在2016年3月6日，湘能华磊光电公司就申请了一项名为“LED外延层生长方法及通过此方法获得的LED芯片”的发明专利（申请号：201510737049.X），申请人为湘能华磊光电股份有限公司。此专利主要提供了一种LED外延层生长方法，在提高LED亮度的同时，增强了GaN基LED器件的抗静电能力。

图1 LED外延层结构图

图1展示了专利发明中的LED外延层结构示意图，示意图中从下到上分别表示衬底、缓冲层GaN、不掺杂GaN、掺杂Si的GaN层、MQW有源层、电子阻挡层、掺杂有不同Mg浓度的第一P型GaN层、第二P型GaN层和第三P型GaN层。此专利的核心在于通过调整Mg浓度为高-低-高分布情况，用来提高LED亮度和减小高压静电的破坏力。

LED外延衬底的具体生长过程如下：首先将温度升至1230℃-1280℃，对衬底处理4-8分钟，紧接着降低温度，并在H2气氛下，在衬底上生长低温缓冲层GaN，此后调节反应室温度及压力，在相同H2气氛下分别生长不掺杂GaN层和nGaN层。进一步调节温度至800℃-970℃，并在N2气氛下，在nGaN层上生长MQW有源层，利用Cp2Mg源作为Mg掺杂源，在MQW有源层上生长P型超晶格电子阻挡层。为形成电容式抗击静电结构，还需要继续在N2气氛下，调节不同的反应室温度和反应室压力，通过通入不同摩尔浓度的Mg掺杂源，在电子阻挡层上生长出3类P型GaN层。最后，降低温度和压力，生长InGaN接触层并降温冷却，形成完整的LED外延层。

图2 亮度于ESD良率性能对比图

图2展示了利用此专利生长的LED与其他普通生长方式形成的LED亮度与ESD良率对比图，经过分析，此专利提出的LED外延层中的电子阻挡层、第一p型层和第二p型层Mg浓度为高-低-高分布情况，一方面提高空穴浓度和迁移率，提高了LED器件的亮度；另一方面通过Mg掺杂浓度高-低-高阶梯分布结构组成电容式结构，对高压静电的冲击起到了分散、缓冲的作用，减少了高压静电的破坏力，从而提高GaN基LED器件的抗静电能力。

湘能华磊光电作为国内知名的半导体企业，其持续的创新能力与优秀成果不断缩小我国与国际顶尖半导体公司的差距，相信该项专利能够在不久的将来实现LED产业化，进一步推动着我国半导体产业的发展。