華燦光電此發(fā)明采用N型摻雜的A1xGa1-x作為生長(zhǎng)材料的第一子層、N型摻雜的GaN作為生長(zhǎng)材料的第二子層，它倆交替形成N型擴(kuò)展層，使電子在進(jìn)入多量子阱層之前速度降低，同時(shí)防止了部分空穴直接躍遷進(jìn)入N型層，從而使電子和空穴在多量子阱層充分復(fù)合發(fā)光，提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

集微網(wǎng)消息，第三代半導(dǎo)體包括碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導(dǎo)體材料，可廣泛應(yīng)用于發(fā)光、通訊、電能變換等領(lǐng)域。而近日，華燦光電就獲批浙江省第三代半導(dǎo)體材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，將致力于第三代半導(dǎo)體材料和器件等領(lǐng)域的研究。

發(fā)光二極管芯片是一種可以直接把電轉(zhuǎn)化為光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，是發(fā)光二極管的核心組件。發(fā)光二極管芯片包括GaN基的外延片、以及在外延片上制作的電極。

現(xiàn)有的外延片通常包括襯底層、以及依次覆蓋在襯底層上的緩沖層、非摻雜的GaN層、N型接觸層、多量子阱層和P型層。其中，襯底層為藍(lán)寶石襯底。多量子阱層是若干量子阱層和若干量子壘層交替形成的。但是，由于電子質(zhì)量小，易遷移，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下可能速度過快而越過多量子阱層，遷移到P型層，導(dǎo)致發(fā)光二極管漏電，降低了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

另外，GaN和藍(lán)寶石襯底之間的晶格常數(shù)較大，熱膨脹系數(shù)失配，界面處會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的應(yīng)力作用和大量的位錯(cuò)和缺陷，這些位錯(cuò)和缺陷將延伸至外延片表面，影響了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

為此，華燦光電申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“一種發(fā)光二極管外延片及其制備方法”（申請(qǐng)?zhí)枺?01210540920.3）的發(fā)明專利，申請(qǐng)人為華燦光電股份有限公司。

圖1 發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖

上圖是該專利提出的一種發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖，從底到上依次是：襯底層1、緩沖層2、非摻雜的GaN層3、N型接觸層4、N型擴(kuò)散層5、多量子阱層6以及P型層7。

圖2 發(fā)光二極管外延片的制備方法

那么這種發(fā)光二極管外延片的制備方法流程如上圖所示。首先，將襯底層1在高溫的氫氣環(huán)境中進(jìn)行熱處理10分鐘，清潔表面，然后再進(jìn)行低溫處理，可以得到生長(zhǎng)緩沖層2。繼續(xù)進(jìn)行高溫處理，即可生長(zhǎng)出非摻雜的GaN層3，此時(shí)再用硅摻雜 GaN層，就可以得到生長(zhǎng)N型4。

在N型接觸層4上交替生長(zhǎng)十層第一子層a和十層第二子層b，形成超晶格結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)溫度為1220℃。針對(duì)第一子層a，采用N型摻雜的A1xGa1-x(0＜x＜1)作為生長(zhǎng)材料；而第二子層b，采用N型摻雜的GaN作為生長(zhǎng)材料。并且均勻改變Al 的濃度，在一定時(shí)間之后，就會(huì)形成生長(zhǎng)N型擴(kuò)展層5。

然后，為了制備生長(zhǎng)多量子阱層6，我們可以在N型擴(kuò)展層5上交替生長(zhǎng)八層量子阱層和八層量子壘層。其中，量子阱層采用lnGa作為生長(zhǎng)材料，生長(zhǎng)溫度為850℃。量子壘層采用GaN作為生長(zhǎng)材料，生長(zhǎng)溫度為950℃。

最后，采用高純H2或者N2作為載氣，TMGa、TMAl、TMln和NH3分別作為Ga源、Al源、In源和N源。通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備或者其他設(shè)備完成外延片生長(zhǎng)片，進(jìn)而得到生長(zhǎng)P型層7。

華燦光電此發(fā)明采用N型摻雜的A1xGa1-x作為生長(zhǎng)材料的第一子層、N型摻雜的GaN作為生長(zhǎng)材料的第二子層，它倆交替形成N型擴(kuò)展層，使電子在進(jìn)入多量子阱層之前速度降低，同時(shí)防止了部分空穴直接躍遷進(jìn)入N型層，從而使電子和空穴在多量子阱層充分復(fù)合發(fā)光，提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。另外，N型擴(kuò)展層的超品格結(jié)構(gòu)可以有效降低外延片中的應(yīng)力和缺陷，提升發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

華燦光電的LED芯片在其公司總營(yíng)收中的占比較高，而在第三代半導(dǎo)體興起的時(shí)代，華燦光電還需要更加積極地拓寬產(chǎn)品方向。