CN206711915U

CN206711915U - 一种双联节能led半导体芯片

Info

Publication number: CN206711915U
Application number: CN201720035451.8U
Authority: CN
Inventors: 王赞; 刘自通; 阮宜武
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2027-01-13

Abstract

本实用新型涉及一种双联节能LED半导体芯片，它由十部分组成，分别是直流电源、导线、正极铜电极、P‑GaN薄膜、GaN薄膜、N‑GaN薄膜、N‑GaN基板、HfO2薄膜、P‑ZnO薄膜、负极铜电极。电子由负极铜电极导入，分别在右侧的发光层HfO2薄膜与左侧的发光层GaN薄膜内与空穴复合并发射光子。根据热致发光原理，HfO2薄膜发射的光子能量大于电场做功，多出的这部分能量来源于左侧发光层GaN薄膜释放的热量。本实用新型提出了一种采用电致发光与热致发光相结合的方法降低功耗的双联LED半导体芯片，以促进LED技术向节能降耗方向的发展。

Description

一种双联节能LED半导体芯片

技术领域

本实用新型涉及一种双联节能LED半导体芯片，属于电致发光与热致发光领域。

背景技术

LED灯主要利用P型半导体与N型半导体结合成发光异质结，利用电子与空穴的复合释放光子的原理实现发光。与白炽灯相比，具有低功耗、高亮度、小尺寸、安装简易、可靠度高的特点。然而，在低电压、大功率的工况下，LED发光芯片的热流密度高达30W/cm²以上，使得散热问题成为亟待解决的瓶颈。尤其是对于大功率LED 平面集群封装模块，强制换热的降温方式会消耗大量电能，抬高使用成本。将热致发光与电致发光技术相结合既可以弥补LED的散热问题，又可以提高LED的发光功率。

发明内容

本实用新型设计一种双联节能LED半导体芯片，它由十部分组成，分别是直流电源、导线、正极铜电极、P-GaN薄膜、GaN薄膜、N-GaN 薄膜、N-GaN基板、HfO₂薄膜、P-ZnO薄膜、负极铜电极。电子由负极铜电极导入，分别在右侧的发光层HfO₂薄膜与左侧的发光层 GaN薄膜内与空穴复合并发射光子。根据热致发光原理，HfO₂薄膜发射的光子能量大于电场做功，多出的这部分能量来源于左侧发光层 GaN薄膜释放的热量。本实用新型提出了采用电致发光与热致发光相结合的方法降低LED功耗及提高发光效率的方法，以促进LED技术向节能降耗方向的发展。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施性，本实用新型的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1是双联节能LED半导体芯片的主视图；

图2是双联节能LED半导体芯片的俯视图；

具体实施方式

在下文中，将参照附图更充分地描述本实用新型，在附图中示出了一种实施例。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供该实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本实用新型的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。

参考附图1～2，本实用新型的技术方案的实现：一种双联节能LED 半导体芯片，它由十部分组成，分别是直流电源、导线、正极铜电极、 P-GaN薄膜、GaN薄膜、N-GaN薄膜、N-GaN基板、HfO₂薄膜、P-ZnO 薄膜、负极铜电极。

直流电源：本发明电源为稳压直流电源(5～10V)，电流通过正极铜电极导入LED半导体芯片，由负极铜电极回流入电源，驱动电子定向运动。

导线：可采用普通铜质或铝质导线(直径0.1～0.25mm)。

N-GaN基板:采用化学气相沉积工艺制备，在GaN晶体生长过程中掺杂Si元素，掺杂浓度控制在10¹⁶～10²⁰/cm³。

N-GaN薄膜：采用化学气相沉积工艺制备，在GaN晶体生长过程中掺杂Si元素，掺杂浓度控制在10¹⁶～10²⁰/cm³。

GaN薄膜：采用化学气相沉积工艺制备。

P-GaN薄膜：采用化学气相沉积工艺制备，在GaN晶体生长过程中掺杂Mg元素，掺杂浓度控制在10¹⁶～10²⁰/cm³。

HfO₂薄膜:采用化学气相沉积工艺制备，通过金属Hf靶材溅射与O₂发生氧化反应沉积在N-GaN薄膜上面。

P-ZnO薄膜：采用化学气相沉积工艺制备，在ZnO晶体生长过程中掺杂Mg元素，掺杂浓度控制在10¹⁹～10²⁰/cm³。

正极铜电极：采用物理气相沉积方法获得，电极厚度0.1mm～0.3mm。

负极铜电极：采用物理气相沉积方法获得，电极厚度0.1mm～0.3mm。双联节能的LED半导体芯片工作实施过程：电子由阴极注入，空穴由阳极注入。对于P-GaN/GaN/N-GaN发光二极管PN结，N-GaN薄膜中的电子与P-GaN薄膜中的空穴将在GaN薄膜层中发生复合，产生光子与热量。热量由GaN薄膜扩散至N-GaN基板，进而传递至 N-GaN/HfO₂/P-ZnO发光二极管PN结的N-GaN薄膜。对于 N-GaN/HfO₂/P-ZnO发光二极管，由于P-ZnO与N-GaN的能带特性，由发光层HfO₂薄膜释放的光子能量大于电场做功，因此必须从外界吸收热量才能完成电子与空穴的复合。所以，N-GaN/GaN/P-GaN释放的热量能够被HfO₂薄膜吸收，进而补充光子能量。因此采用双联 LED半导体芯片可以提高发光效率、降低制冷负担，达到节能的目的。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。本实用新型可以有各种合适的更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述的LED半导体芯片由十部分组成，分别是直流电源、导线、正极铜电极、P-GaN薄膜、GaN薄膜、N-GaN薄膜、N-GaN基板、HfO₂薄膜、P-ZnO薄膜、负极铜电极，所述直流电源通过所述导线连接金属铜电极，电子由负极流入，经过N-GaN薄膜、HfO₂薄膜、P-ZnO薄膜、N-GaN基板、N-GaN薄膜、GaN薄膜、P-GaN薄膜，由负极流出，所述N-GaN薄膜、HfO₂薄膜、P-ZnO薄膜、N-GaN薄膜、GaN薄膜、P-GaN薄膜均为矩形截面结构且长、宽尺寸相同，所述P-GaN薄膜、N-GaN薄膜、GaN薄膜构成的P-GaN/N-GaN/GaN发光PN结通过化学气相沉积法与N-GaN基板在界面处通过化学键连接，所述N-GaN薄膜、HfO₂薄膜、P-ZnO薄膜构成的N-GaN/HfO2/P-ZnO发光PN结通过化学气相沉积法与N-GaN基板在界面处通过化学键连接，热量通过N-GaN基板由P-GaN/N-GaN/GaN发光PN结传递至N-GaN/HfO_2/P-ZnO发光PN结。

2.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述电源为直流稳压驱动电源，电压为5～10V。

3.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述正极铜电极与负极铜电极采用物理气相沉积法制备。

4.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述的N-GaN基板采用化学气相沉积法制备，厚度0.5～1.0mm。

5.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述的N-GaN薄膜采用化学气相沉积法制备，厚度0.1～0.15mm。

6.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述的GaN薄膜采用化学气相沉积法制备，厚度0.01～0.04mm。

7.权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述的P-GaN薄膜采用化学气相沉积法制备，厚度0.1～0.22mm。

8.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述的HfO2薄膜采用化学气相沉积法制备，厚度0.01～0.03mm。

9.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：所述的P-ZnO薄膜采用化学气相沉积法制备，厚度0.1～0.2mm。

10.如权利要求1所述的一种双联节能LED半导体芯片，其特征在于：

所述的双联节能LED半导体芯片，可通过P-ZnO薄膜与N-GaN薄膜中掺杂元素浓度的调节，实现吸热功率的调节。