CN102723412A - 具有埋入式银纳米粒子的白光led芯片结构 - Google Patents

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本发明涉及发光二极管组件，具体是一种具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构。本发明解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管光取出效率低下、使用寿命低、效率不佳的问题。具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构包括蓝宝石基板、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、以及正电极金属层；还包括低温氮化镓中间层、第一层N型氮化镓外延层、埋入式银纳米粒子层、第二层N型氮化镓外延层、以及铟锡氧化物透明导电层。本发明基于全新的结构，有效解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管光取出效率低下、使用寿命低、效率不佳的问题，适用于发光二极管的制造。

Description

具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构
技术领域
本发明涉及发光二极管组件，具体是一种具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构。
背景技术
随着半导体科技日新月异的发展，氮化镓系发光二极管的应用越来越广泛。如图1所示，现有氮化镓系发光二极管的芯片结构包括蓝宝石基板1、N型氮化镓外延层11、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层6、P型氮化镓外延层7、负电极金属层9、正电极金属层10。其工作原理为：当负电极金属层和正电极金属层接上外部电源时，来自P型氮化镓外延层和N型氮化镓外延层的电子与空穴在多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层相互结合发出光线。所发出的光线从各个角度发射出去，部分光线会从P型氮化镓外延层的顶面穿透射出。氮化镓外延层与蓝宝石基板之间通常因存在晶格不匹配、热膨胀系数的差异而出现错排缺陷，造成发光二极管光取出效率低下、使用寿命低、效率不佳。针对上述问题，有必要对现有氮化镓系发光二极管的芯片结构进行革新，以解决现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管光取出效率低下、使用寿命低、效率不佳的问题。
发明内容
本发明为了解决现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管光取出效率低下、使用寿命低、效率不佳的问题，提供了一种具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构。
本发明是采用如下技术方案实现的：具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，包括蓝宝石基板、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、以及正电极金属层；还包括低温氮化镓中间层、第一层N型氮化镓外延层、埋入式银纳米粒子层、第二层N型氮化镓外延层、以及铟锡氧化物透明导电层；其中，低温氮化镓中间层堆栈于蓝宝石基板上；第一层N型氮化镓外延层堆栈于低温氮化镓中间层上；埋入式银纳米粒子层堆栈于第一层N型氮化镓外延层上；第二层N型氮化镓外延层堆栈于埋入式银纳米粒子层上；多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层堆栈于第二层N型氮化镓外延层上，且第二层N型氮化镓外延层部分曝露于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层外；P型氮化镓外延层堆栈于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层上；铟锡氧化物透明导电层堆栈于P型氮化镓外延层上；负电极金属层堆栈于第二层N型氮化镓外延层的曝露部分上；正电极金属层堆栈于P型氮化镓外延层上，且正电极金属层与铟锡氧化物透明导电层连接。所述蓝宝石基板、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、正电极金属层、低温氮化镓中间层、第一层N型氮化镓外延层、埋入式银纳米粒子层、第二层N型氮化镓外延层、铟锡氧化物透明导电层均为现有公知结构。
工作时，负电极金属层和正电极金属层连接外部电源，来自P型氮化镓外延层和第二层N型氮化镓外延层的空穴与电子在多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层相互结合发出光线。所发出的光线一部分穿透P型氮化镓外延层和铟锡氧化物透明导电层射出（铟锡氧化物透明导电层具有电流扩散效果，可使得电流均匀地扩散在整个发光二极管，由此增加光子穿透至外部的机会），另一部分朝蓝宝石基板方向发射，当光线发射至埋入式银纳米粒子层时，发生光散射效应，使得光线以若干不同角度反射至P型氮化镓外延层和铟锡氧化物透明导电层，并穿透P型氮化镓外延层和铟锡氧化物透明导电层射出，由此提高了发光二极管的光取出效率。与现有氮化镓系发光二极管的芯片结构相比，本发明所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构通过增设埋入式银纳米粒子层和铟锡氧化物透明导电层，解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管光取出效率低下、使用寿命低、效率不佳的问题，具体如下：其一，埋入式银纳米粒子层位于蓝宝石基板和第二层N型氮化镓外延层之间，消除了氮化镓外延层与蓝宝石基板之间的错排缺陷，使得电子与空穴结合所发出的光线藉由埋入式银纳米粒子层发生散射，由此避免了电子与空穴结合所发出的光线被吸收损失掉，提高了发光二极管的光取出效率。其二，埋入式银纳米粒子层作为错排中断层，减少了氮化镓外延层中的错排密度，藉此发光二极管使用寿命得以延长，效率得以大幅提高。
本发明基于全新的结构，有效解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管光取出效率低下、使用寿命低、效率不佳的问题，适用于发光二极管的制造，尤其适用于氮化镓系发光二极管的制造。
附图说明
图1是现有氮化镓系发光二极管的芯片结构的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的埋入式银纳米粒子层的扫描电子显微镜影像示意图。
图4是本发明的埋入式银纳米粒子层的热处理温度-反射率光谱图。
图中：1-蓝宝石基板，2-低温氮化镓中间层，3-第一层N型氮化镓外延层，4-埋入式银纳米粒子层，5-第二层N型氮化镓外延层，6-多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层，7-P型氮化镓外延层，8-铟锡氧化物透明导电层，9-负电极金属层，10-正电极金属层，11-N型氮化镓外延层。
具体实施方式
具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，包括蓝宝石基板1、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层6、P型氮化镓外延层7、负电极金属层9、以及正电极金属层10；还包括低温氮化镓中间层2、第一层N型氮化镓外延层3、埋入式银纳米粒子层4、第二层N型氮化镓外延层5、以及铟锡氧化物透明导电层8；其中，低温氮化镓中间层2堆栈于蓝宝石基板1上；第一层N型氮化镓外延层3堆栈于低温氮化镓中间层2上；埋入式银纳米粒子层4堆栈于第一层N型氮化镓外延层3上；第二层N型氮化镓外延层5堆栈于埋入式银纳米粒子层4上；多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层6堆栈于第二层N型氮化镓外延层5上，且第二层N型氮化镓外延层5部分曝露于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层6外；P型氮化镓外延层7堆栈于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层6上；铟锡氧化物透明导电层8堆栈于P型氮化镓外延层7上；负电极金属层9堆栈于第二层N型氮化镓外延层5的曝露部分上；正电极金属层10堆栈于P型氮化镓外延层7上，且正电极金属层10与铟锡氧化物透明导电层8连接；
所述蓝宝石基板1是采用蓝宝石制成的；
所述低温氮化镓中间层2是采用低温氮化镓制成的；
所述埋入式银纳米粒子层4是采用银制成的；
所述埋入式银纳米粒子层4是利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的纳米粒子结构。
具体实施时，如图3所示，埋入式银纳米粒子层是利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的纳米粒子结构，即在氮化镓外延层的界面间产生团聚现象，形成纳米粒子结构。如图4所示，埋入式银纳米粒子层在未退火时的反射率为最高（在波长460 nm时约85%），而当利用高温热处理技术（500℃）在含氧气环境下形成纳米粒子结构后，其反射率约为50%。由此可见，埋入式银纳米粒子层的反射率随温度上升而下降。

Claims (9)

1.一种具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，包括蓝宝石基板（1）、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层（6）、P型氮化镓外延层（7）、负电极金属层（9）、以及正电极金属层（10）；其特征在于：还包括低温氮化镓中间层（2）、第一层N型氮化镓外延层（3）、埋入式银纳米粒子层（4）、第二层N型氮化镓外延层（5）、以及铟锡氧化物透明导电层（8）；其中，低温氮化镓中间层（2）堆栈于蓝宝石基板（1）上；第一层N型氮化镓外延层（3）堆栈于低温氮化镓中间层（2）上；埋入式银纳米粒子层（4）堆栈于第一层N型氮化镓外延层（3）上；第二层N型氮化镓外延层（5）堆栈于埋入式银纳米粒子层（4）上；多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层（6）堆栈于第二层N型氮化镓外延层（5）上，且第二层N型氮化镓外延层（5）部分曝露于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层（6）外；P型氮化镓外延层（7）堆栈于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层（6）上；铟锡氧化物透明导电层（8）堆栈于P型氮化镓外延层（7）上；负电极金属层（9）堆栈于第二层N型氮化镓外延层（5）的曝露部分上；正电极金属层（10）堆栈于P型氮化镓外延层（7）上，且正电极金属层（10）与铟锡氧化物透明导电层（8）连接。
2.根据权利要求1所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述蓝宝石基板（1）是采用蓝宝石制成的。
3.根据权利要求1或2所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述低温氮化镓中间层（2）是采用低温氮化镓制成的。
4.根据权利要求1或2所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述埋入式银纳米粒子层（4）是采用银制成的。
5.根据权利要求3所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述埋入式银纳米粒子层（4）是采用银制成的。
6.根据权利要求1或2所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述埋入式银纳米粒子层（4）是利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的纳米粒子结构。
7.根据权利要求3所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述埋入式银纳米粒子层（4）是利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的纳米粒子结构。
8.根据权利要求4所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述埋入式银纳米粒子层（4）是利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的纳米粒子结构。
9.根据权利要求5所述的具有埋入式银纳米粒子的白光LED芯片结构，其特征在于：所述埋入式银纳米粒子层（4）是利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的纳米粒子结构。
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