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具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構.pdf

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具有 組成 納米 結構 白光 LED 芯片
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摘要
申請專利號:

CN201210014722.3

申請日:

2012.01.18

公開號:

CN102738347B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

有效性:

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):H01L 33/44變更事項:發明人變更前:許并社 李學敏 劉旭光變更后:許并社 李天保 馬淑芳 梁建 劉旭光|||專利申請權的轉移IPC(主分類):H01L 33/44變更事項:申請人變更前權利人:許并社變更后權利人:山西飛虹微納米光電科技有限公司變更事項:地址變更前權利人:030024 山西省太原市迎澤西大街79號變更后權利人:031600 山西省臨汾市洪洞縣甘亭鎮燕壁村變更事項:申請人變更前權利人:李學敏 劉旭光登記生效日:20140902|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 33/44申請日:20120118|||公開
IPC分類號: H01L33/44(2010.01)I 主分類號: H01L33/44
申請人: 山西飛虹微納米光電科技有限公司
發明人: 許并社; 李天保; 馬淑芳; 梁建; 劉旭光
地址: 031600 山西省臨汾市洪洞縣甘亭鎮燕壁村
優先權:
專利代理機構: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100 代理人: 朱源
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210014722.3

授權公告號:

102738347B||||||||||||

法律狀態公告日:

2015.01.14|||2014.09.24|||2014.09.24|||2012.12.12|||2012.10.17

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||專利申請權、專利權的轉移|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及發光二極管組件,具體是一種具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構。本發明解決了現有白光發光二極管的芯片結構容易導致發光二極管的光取出效率降低的問題。具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構包括藍寶石基板、N型氮化鎵外延層、多層量子阱氮化銦鎵主動層、P型氮化鎵外延層、負電極金屬層、以及正電極金屬層;還包括具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層;其中,N型氮化鎵外延層堆棧于藍寶石基板上;多層量子阱氮化銦鎵主動層堆棧于N型氮化鎵外延層上。本發明基于全新的結構,有效解決了現有白光發光二極管的芯片結構容易導致發光二極管的光取出效率降低的問題,適用于發光二極管的制造。

權利要求書

1.一種具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,包括藍寶石基板(1)、N型氮化鎵外延層(2)、多層量子阱氮化銦鎵主動層(3)、P型氮化鎵外延層(4)、負電極金屬層(6)、以及正電極金屬層(7);其特征在于:還包括具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5);其中,N型氮化鎵外延層(2)堆棧于藍寶石基板(1)上;多層量子阱氮化銦鎵主動層(3)堆棧于N型氮化鎵外延層(2)上,且N型氮化鎵外延層(2)部分曝露于多層量子阱氮化銦鎵主動層(3)外;P型氮化鎵外延層(4)堆棧于多層量子阱氮化銦鎵主動層(3)上;具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)堆棧于P型氮化鎵外延層(4)上,且P型氮化鎵外延層(4)部分曝露于具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)外;負電極金屬層(6)堆棧于N型氮化鎵外延層(2)的曝露部分上;正電極金屬層(7)堆棧于P型氮化鎵外延層(4)的曝露部分上,且正電極金屬層(7)與具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)連接。2.根據權利要求1所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述藍寶石基板(1)是采用藍寶石制成的。3.根據權利要求1或2所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)是采用氧化銦和氧化鋅制成的。4.根據權利要求3所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:氧化銦和氧化鋅的比例范圍為90:10-10:90。5.根據權利要求1或2所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)是利用射頻磁控濺鍍系統在室溫下沉積,并進一步利用高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作而成的。6.根據權利要求3所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)是利用射頻磁控濺鍍系統在室溫下沉積,并進一步利用高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作而成的。7.根據權利要求4所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)是利用射頻磁控濺鍍系統在室溫下沉積,并進一步利用高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作而成的。8.根據權利要求1或2所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)的結構型態是藉由高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作出的納米線結構。9.根據權利要求3所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)的結構型態是藉由高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作出的納米線結構。10.根據權利要求7所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,其特征在于:所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層(5)的結構型態是藉由高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作出的納米線結構。

說明書

具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構

技術領域

本發明涉及發光二極管組件,具體是一種具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構。

背景技術

發光二極管是利用各種化合物半導體材料制作而成的一種固態半導體組件,其可依不同材料的能隙特性選擇而放射出各種顏色的可見光或是紅外線、紫外線等不可見光。其中,白光發光二極管所發的白光是由至少兩種波長的色光混合形成的混合光。現有白光發光二極管的芯片結構包括藍寶石基板、N型氮化鎵外延層、多層量子阱氮化銦鎵主動層、P型氮化鎵外延層、負電極金屬層、以及正電極金屬層。其工作原理為:當負電極金屬層和正電極金屬層接上外部電源時,來自P型氮化鎵外延層和N型氮化鎵外延層的空穴與電子在多層量子阱氮化銦鎵主動層相互結合發出光線。所發出的光線穿透P型氮化鎵外延層射出。現有白光發光二極管的芯片結構因其內部結構所限,使得光子在芯片內部容易發生全反射,不利于光線的射出,由此導致發光二極管的光取出效率降低。針對此問題,有必要對現有白光發光二極管的芯片結構進行革新,以解決其容易導致發光二極管的光取出效率降低的問題。

發明內容

本發明為了解決現有白光發光二極管的芯片結構容易導致發光二極管的光取出效率降低的問題,提供了一種具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構。

本發明是采用如下技術方案實現的:具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,包括藍寶石基板、N型氮化鎵外延層、多層量子阱氮化銦鎵主動層、P型氮化鎵外延層、負電極金屬層、以及正電極金屬層;還包括具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層;其中,N型氮化鎵外延層堆棧于藍寶石基板上;多層量子阱氮化銦鎵主動層堆棧于N型氮化鎵外延層上,且N型氮化鎵外延層部分曝露于多層量子阱氮化銦鎵主動層外;P型氮化鎵外延層堆棧于多層量子阱氮化銦鎵主動層上;具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層堆棧于P型氮化鎵外延層上,且P型氮化鎵外延層部分曝露于具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層外;負電極金屬層堆棧于N型氮化鎵外延層的曝露部分上;正電極金屬層堆棧于P型氮化鎵外延層的曝露部分上,且正電極金屬層與具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層連接。所述藍寶石基板、N型氮化鎵外延層、多層量子阱氮化銦鎵主動層、P型氮化鎵外延層、負電極金屬層、正電極金屬層、具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層均為現有公知結構。

工作時,負電極金屬層和正電極金屬層連接外部電源,來自P型氮化鎵外延層和N型氮化鎵外延層的空穴與電子在多層量子阱氮化銦鎵主動層相互結合發出光線。所發的光線穿透P型氮化鎵外延層和具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層射出,藉此提高了發光二極管的光取出效率。與現有白光發光二極管的芯片結構相比,本發明所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構通過增設具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層,解決了現有白光發光二極管的芯片結構容易導致發光二極管的光取出效率降低的問題,具體如下:其一,在電特性方面,氧化銦鋅具有高導電性、低電阻值。在光特性方面,氧化銦鋅在可見光區域具有高穿透率,在紫外光區域有很高的吸收性,在紅外光區則有大反射率。因此,藉由具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層可降低P型氮化鎵外延層和空氣之間的折射率差,使得空穴與電子相互結合所發出的光線的行進路線改變,增加光線射出的幾率,由此提高發光二極管的光取出效率。其二,具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層具有表面粗化效果,藉由表面粗化效果,使得大部分光線的入射角小于臨界角而發生散射,進一步提高了發光二極管的光取出效率。

本發明基于全新的結構,有效解決了現有白光發光二極管的芯片結構容易導致發光二極管的光取出效率降低的問題,適用于發光二極管的制造,尤其適用于白光發光二極管的制造。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層的掃描電子顯微鏡影像圖。

圖3是本發明的光輸出效率-外部量子效率曲線圖。

圖中:1-藍寶石基板,2-N型氮化鎵外延層,3-多層量子阱氮化銦鎵主動層,4-P型氮化鎵外延層,5-具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層,6-負電極金屬層,7-正電極金屬層。

具體實施方式

具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構,包括藍寶石基板1、N型氮化鎵外延層2、多層量子阱氮化銦鎵主動層3、P型氮化鎵外延層4、負電極金屬層6、以及正電極金屬層7;還包括具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層5;其中,N型氮化鎵外延層2堆棧于藍寶石基板1上;多層量子阱阱氮化銦鎵主動層3堆棧于N型氮化鎵外延層2上,且N型氮化鎵外延層2部分曝露于多層量子阱氮化銦鎵主動層3外;P型氮化鎵外延層4堆棧于多層量子阱氮化銦鎵主動層3上;具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層5堆棧于P型氮化鎵外延層4上,且P型氮化鎵外延層4部分曝露于具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層5外;負電極金屬層6堆棧于N型氮化鎵外延層2的曝露部分上;正電極金屬層7堆棧于P型氮化鎵外延層4的曝露部分上,且正電極金屬層7與具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層5連接;

所述藍寶石基板1是采用藍寶石制成的;

所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層5是采用氧化銦和氧化鋅制成的;

氧化銦和氧化鋅的比例范圍為90:10-10:90;

所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層5是利用射頻磁控濺鍍系統在室溫下沉積,并進一步利用高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作而成的;

所述具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層5的結構型態是藉由高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作出的納米線結構。

具體實施時,如圖2所示,藉由高溫熱處理技術在含氧氣環境下制作出的納米線結構,其表面粗糙且納米線頂部呈現顆粒狀形貌。如圖3所示,曲線C1為采用無自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層制成的氮化鎵系發光二極管的光輸出功率,曲線C2為采用本發明所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構制成的氮化鎵系發光二極管的光輸出功率,曲線C3為采用無自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層制成的氮化鎵系發光二極管的外部量子效率,曲線C4為采用本發明所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構制成的氮化鎵系發光二極管的外部量子效率。由圖4可知,與采用無自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層制成的氮化鎵系發光二極管相比,采用本發明所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構制成的氮化鎵系發光二極管具有較高的光輸出功率和外部量子效率,亦即發光亮度較高。例如,當注入電流為20mA時,采用本發明所述的具有自組成式納米結構的白光LED芯片結構制成的氮化鎵系發光二極管的光輸出功率和外部量子效率分別為6.86mW和13.07%,而采用無自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層制成的氮化鎵系發光二極管的光輸出功率和外部量子效率分別為5.38mW與10.21%。這充分表明,由于具有自組成式納米結構的氧化銦鋅透明導電層的表面粗化效果,使得發光二極管的光取出效率得以大幅提高。

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