揭秘华灿光电LED外延片制备方法专利

华灿光电此发明采用N型掺杂的A1xGa1-x作为生长材料的第一子层、N型掺杂的GaN作为生长材料的第二子层，它俩交替形成N型扩展层，使电子在进入多量子阱层之前速度降低，同时防止了部分空穴直接跃迁进入N型层，从而使电子和空穴在多量子阱层充分复合发光，提高了发光二极管的发光效率。

集微网消息，第三代半导体包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料，可广泛应用于发光、通讯、电能变换等领域。而近日，华灿光电就获批浙江省第三代半导体材料与器件重点实验室，将致力于第三代半导体材料和器件等领域的研究。

发光二极管芯片是一种可以直接把电转化为光的固态半导体器件，是发光二极管的核心组件。发光二极管芯片包括GaN基的外延片、以及在外延片上制作的电极。

现有的外延片通常包括衬底层、以及依次覆盖在衬底层上的缓冲层、非掺杂的GaN层、N型接触层、多量子阱层和P型层。其中，衬底层为蓝宝石衬底。多量子阱层是若干量子阱层和若干量子垒层交替形成的。但是，由于电子质量小，易迁移，在电场的驱动下可能速度过快而越过多量子阱层，迁移到P型层，导致发光二极管漏电，降低了发光二极管的发光效率。

另外，GaN和蓝宝石衬底之间的晶格常数较大，热膨胀系数失配，界面处会产生较强的应力作用和大量的位错和缺陷，这些位错和缺陷将延伸至外延片表面，影响了发光二极管的内量子效率。

为此，华灿光电申请了一项名为“一种发光二极管外延片及其制备方法”（申请号：201210540920.3）的发明专利，申请人为华灿光电股份有限公司。

图1 发光二极管外延片的结构示意图

上图是该专利提出的一种发光二极管外延片的结构示意图，从底到上依次是：衬底层1、缓冲层2、非掺杂的GaN层3、N型接触层4、N型扩散层5、多量子阱层6以及P型层7。

图2 发光二极管外延片的制备方法

那么这种发光二极管外延片的制备方法流程如上图所示。首先，将衬底层1在高温的氢气环境中进行热处理10分钟，清洁表面，然后再进行低温处理，可以得到生长缓冲层2。继续进行高温处理，即可生长出非掺杂的GaN层3，此时再用硅掺杂 GaN层，就可以得到生长N型4。

在N型接触层4上交替生长十层第一子层a和十层第二子层b，形成超晶格结构，生长温度为1220℃。针对第一子层a，采用N型掺杂的A1xGa1-x(0＜x＜1)作为生长材料；而第二子层b，采用N型掺杂的GaN作为生长材料。并且均匀改变Al 的浓度，在一定时间之后，就会形成生长N型扩展层5。

然后，为了制备生长多量子阱层6，我们可以在N型扩展层5上交替生长八层量子阱层和八层量子垒层。其中，量子阱层采用lnGa作为生长材料，生长温度为850℃。量子垒层采用GaN作为生长材料，生长温度为950℃。

最后，采用高纯H2或者N2作为载气，TMGa、TMAl、TMln和NH3分别作为Ga源、Al源、In源和N源。通过金属有机化学气相沉积设备或者其他设备完成外延片生长片，进而得到生长P型层7。

华灿光电此发明采用N型掺杂的A1xGa1-x作为生长材料的第一子层、N型掺杂的GaN作为生长材料的第二子层，它俩交替形成N型扩展层，使电子在进入多量子阱层之前速度降低，同时防止了部分空穴直接跃迁进入N型层，从而使电子和空穴在多量子阱层充分复合发光，提高了发光二极管的发光效率。另外，N型扩展层的超品格结构可以有效降低外延片中的应力和缺陷，提升发光二极管的内量子效率。

华灿光电的LED芯片在其公司总营收中的占比较高，而在第三代半导体兴起的时代，华灿光电还需要更加积极地拓宽产品方向。