CN102738347B - 具有自组成式纳米结构的白光led芯片结构 - Google Patents

具有自组成式纳米结构的白光led芯片结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发光二极管组件，具体是一种具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构。本发明解决了现有白光发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低的问题。具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构包括蓝宝石基板、N型氮化镓外延层、多层量子阱氮化铟镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、以及正电极金属层；还包括具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层；其中，N型氮化镓外延层堆栈于蓝宝石基板上；多层量子阱氮化铟镓主动层堆栈于N型氮化镓外延层上。本发明基于全新的结构，有效解决了现有白光发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低的问题，适用于发光二极管的制造。

Description

具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构
技术领域
本发明涉及发光二极管组件，具体是一种具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构。 
背景技术
发光二极管是利用各种化合物半导体材料制作而成的一种固态半导体组件，其可依不同材料的能隙特性选择而放射出各种颜色的可见光或是红外线、紫外线等不可见光。其中，白光发光二极管所发的白光是由至少两种波长的色光混合形成的混合光。现有白光发光二极管的芯片结构包括蓝宝石基板、N型氮化镓外延层、多层量子阱氮化铟镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、以及正电极金属层。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型氮化镓外延层的空穴与电子在多层量子阱氮化铟镓主动层相互结合发出光线。所发出的光线穿透P型氮化镓外延层射出。现有白光发光二极管的芯片结构因其内部结构所限，使得光子在芯片内部容易发生全反射，不利于光线的射出，由此导致发光二极管的光取出效率降低。针对此问题，有必要对现有白光发光二极管的芯片结构进行革新，以解决其容易导致发光二极管的光取出效率降低的问题。 
发明内容
本发明为了解决现有白光发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低的问题，提供了一种具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构。 
本发明是采用如下技术方案实现的：具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构，包括蓝宝石基板、N型氮化镓外延层、多层量子阱氮化铟镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、以及正电极金属层；还包括具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层；其中，N型氮化镓外延层堆栈于蓝宝石基板上；多层量子阱氮化铟镓主动层堆栈于N型氮化镓外延层上，且N型氮化镓外延层部分曝露于多层量子阱氮化铟镓主动层外；P型氮化镓外延层堆栈于多层量子阱氮化铟镓主动层上；具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层堆栈于P型氮化镓外延层上，且P型氮化镓外延层部分曝露于具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层外；负电极金属层堆栈于N型氮化镓外延层的曝露部分上；正电极金属层堆栈于P型氮化镓外延层的曝露部分上，且正电极金属层与具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层连接。所述蓝宝石基板、N型氮化镓外延层、多层量子阱氮化铟镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、正电极金属层、具有自组成式纳米结构的氧化铟锌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N型氮化镓外延层的空穴与电子在多层量子阱氮化铟镓主动层相互结合发出光线。所发的光线穿透P型氮化镓外延层和具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层射出，藉此提高了发光二极管的光取出效率。与现有白光发光二极管的芯片结构相比，本发明所述的具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构通过增设具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层，解决了现有白光发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低的问题，具体如下：其一，在电特性方面，氧化铟锌具有高导电性、低电阻值。在光特性方面，氧化铟锌在可见光区域具有高穿透率，在紫外光区域有很高的吸收性，在红外光区则有大反射率。因此，藉由具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层可降低P型氮化镓外延层和空气之间的折射率差，使得空穴与电子相互结合所发出的光线的行进路线改变，增加光线射出的几率，由此提高发光二极管的光取出效率。其二，具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层具有表面粗化效果，藉由表面粗化效果，使得大部分光线的入射角小于临界角而发生散射，进一步提高了发光二极管的光取出效率。 
本发明基于全新的结构，有效解决了现有白光发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低的问题，适用于发光二极管的制造，尤其适用于白光发光二极管的制造。 
附图说明
图1是本发明的结构示意图。 
图2是本发明的具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层的扫描电子显微镜影像图。 
图3是本发明的光输出效率-外部量子效率曲线图。 
图中：1-蓝宝石基板，2-N型氮化镓外延层，3-多层量子阱氮化铟镓主动层，4-P型氮化镓外延层，5-具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层，6-负电极金属层，7-正电极金属层。 
具体实施方式
具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构，包括蓝宝石基板1、N型氮化镓外延层2、多层量子阱氮化铟镓主动层3、P型氮化镓外延层4、负电极金属层6、以及正电极金属层7；还包括具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层5；其中，N型氮化镓外延层2堆栈于蓝宝石基板1上；多层量子阱阱氮化铟镓主动层3堆栈于N型氮化镓外延层2上，且N型氮化镓外延层2部分曝露于多层量子阱氮化铟镓主动层3外；P型氮化镓外延层4堆栈于多层量子阱氮化铟镓主动层3上；具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层5堆栈于P型氮化镓外延层4上，且P型氮化镓外延层4部分曝露于具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层5外；负电极金属层6堆栈于N型氮化镓外延层2的曝露部分上；正电极金属层7堆栈于P型氮化镓外延层4的曝露部分上，且正电极金属层7与具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层5连接； 
所述蓝宝石基板1是采用蓝宝石制成的；
所述具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层5是采用氧化铟和氧化锌制成的；
氧化铟和氧化锌的比例范围为90:10-10:90；
所述具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层5是利用射频磁控溅镀系统在室温下沉积，并进一步利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的；
所述具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层5的结构型态是藉由高温热处理技术在含氧气环境下制作出的纳米线结构。
具体实施时，如图2所示，藉由高温热处理技术在含氧气环境下制作出的纳米线结构，其表面粗糙且纳米线顶部呈现颗粒状形貌。如图3所示，曲线C1为采用无自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层制成的氮化镓系发光二极管的光输出功率，曲线C2为采用本发明所述的具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构制成的氮化镓系发光二极管的光输出功率，曲线C3为采用无自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层制成的氮化镓系发光二极管的外部量子效率，曲线C4为采用本发明所述的具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构制成的氮化镓系发光二极管的外部量子效率。由图3可知，与采用无自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层制成的氮化镓系发光二极管相比，采用本发明所述的具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构制成的氮化镓系发光二极管具有较高的光输出功率和外部量子效率，亦即发光亮度较高。例如，当注入电流为20mA时，采用本发明所述的具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构制成的氮化镓系发光二极管的光输出功率和外部量子效率分别为6.86mW和13.07%，而采用无自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层制成的氮化镓系发光二极管的光输出功率和外部量子效率分别为5.38mW与10.21%。这充分表明，由于具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层的表面粗化效果，使得发光二极管的光取出效率得以大幅提高。 

Claims (4)

1.一种具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构，包括蓝宝石基板（1）、N型氮化镓外延层（2）、多层量子阱氮化铟镓主动层（3）、P型氮化镓外延层（4）、负电极金属层（6）、以及正电极金属层（7）；其特征在于：还包括具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层（5）；其中，N型氮化镓外延层（2）堆栈于蓝宝石基板（1）上；多层量子阱氮化铟镓主动层（3）堆栈于N型氮化镓外延层（2）上，且N型氮化镓外延层（2）部分曝露于多层量子阱氮化铟镓主动层（3）外；P型氮化镓外延层（4）堆栈于多层量子阱氮化铟镓主动层（3）上；具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层（5）堆栈于P型氮化镓外延层（4）上，且P型氮化镓外延层（4）部分曝露于具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层（5）外；负电极金属层（6）堆栈于N型氮化镓外延层（2）的曝露部分上；正电极金属层（7）堆栈于P型氮化镓外延层（4）的曝露部分上，且正电极金属层（7）与具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层（5）连接；
所述具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层（5）是利用射频磁控溅镀系统在室温下沉积，并进一步利用高温热处理技术在含氧气环境下制作而成的；
所述具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层（5）的结构型态是通过高温热处理技术在含氧气环境下制作出的纳米线结构。
2.根据权利要求1所述的具有自组成式纳米结构的白光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所述的具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构，其特征在于：所述具有自组成式纳米结构的氧化铟锌透明导电层（5）是采用氧化铟和氧化锌制成的。
4.根据权利要求3所述的具有自组成式纳米结构的白光LED芯片结构，其特征在于：氧化铟和氧化锌的比例范围为90:10-10:90。
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