[實用新型]發射圓偏振光的LED芯片

無效

• 申請號: 201120238700.6
• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN202120976U
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 鄧朝勇;張榮芬;楊利忠;李緒誠;許鋮
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 李亮;程新敏

技術領域

本實用新型涉及一種發射圓偏振光的LED芯片，尤其是一種發射圓偏振光的GaN基LED芯片。

背景技術

光電子技術是21世紀的尖端技術，LED（light?emitting?diode）是光電子產業中最重要的光電子材料和組件之一。LED是一種電致發光器件，它通過正向偏置的PN結中電子與空穴的輻射復合發光。在傳統LED器件中，電子只被看著電荷的載體，自旋這一概念常常被人們忽略。

圓偏振光最為接近自然光，適合于人眼長期觀看。因此，現實應用中常用偏振片來產生偏振光。但是，使用偏振片來產生偏振光將導致光的大量損失。例如，作為液晶顯示器的LED背光源，當其光通過下層偏振片時，光的浪費已達50%。

發明內容

本實用新型的目的是：提供一種利用LED芯片發射圓偏振光的產品，該LED芯片能夠直接發射出圓偏振光，可以克服利用偏振片產生偏振光時導致大量光被損失掉的不足。

本實用新型是這樣實現的：發射圓偏振光的LED芯片，包括襯底基片，在襯底基片上設有緩沖層，在緩沖層上設有非磁性或磁性的半導體底層，在半導體底層上設有發光層，在發光層上設有磁性半導體頂層，在磁性半導體頂層上設有透明電極層；在半導體底層及透明電極層上分別連接有底層電極及頂層電極；在外部設有露出底層電極及頂層電極頂面的鈍化保護層。?

發光層為發光層、量子阱、襯底圖形化陣列生長的發光層、量子點發光層、納米線發光層等中的一種或幾種的復合結構。通過調整LED芯片的發光層結構及材料組分，可以發射出不同顏色圓偏振光；其中發光層、量子阱的層數可以為單層或多層，其層數根據所需要發光的顏色進行選擇。

所述的磁性的半導體底層或磁性半導體頂層是在半導體材料中加入2～7%摩爾百分比的過渡金屬元素，經過沉積得到的n型層或p型層，半導體底層與磁性半導體頂層的層形相反。加入過渡金屬元素后，使n型層成稀磁半導體層，以形成載流子的自旋方向有序排列，而不是很關注摻入磁性粒子的量。過渡金屬元素的加入量與具體加入的元素有關，在2～7%摩爾百分比的范圍內選擇比較合適；芯片的幾何形狀、金屬電極的幾何形狀與位置可以按需要調整和改變。

在自旋電子學領域，電子或空穴的自旋極化指的是作為載流子的電子或空穴會朝相反的方向自旋，分別稱為上自旋和下自旋。例如，在費米能級處，鐵磁金屬中的電子是100%的下自旋極化。如果用磁性材料將傳統LED的電子或空穴極化，為傳統LED芯片提供自旋極化的電子或空穴注入，就能夠將材料的磁性功能與LED的發光功能結合，得到發射圓偏振光的LED。在半導體化合物材料中摻入少量的過渡金屬元素可以形成一種磁性化合物半導體。其晶體結構與化學鍵結最能與現有電子元件中半導體材料相匹配，在居里溫度以下其能帶的基曼分裂（Zeeman?splitting）可以產生大的自旋偏極化，因此可以用作“為傳統LED提供自旋極化”的載流子源。例如摻錳的Ga_1-xMn_xN薄膜，摻入的Mn離子取代部分的Ga離子，除了提供Mn本身的磁矩外，還提供自旋空穴（針對p型Ga_1-xMn_xN薄膜），因而非常適合于傳統氮化鎵基LED載流子自旋極化需求。

引入自旋載流子后的LED發射的是圓偏振光。若是直接發射圓偏振光的LED作為LCD背光源，如果能夠利用光選擇定則，通過外加磁場調制其圓偏振光為線偏振光，則不再需要下偏振片，從而解決一些相應技術問題。無論在通用照明領域，還是在諸如背光源、汽車前燈、顯示屏、景觀照明、指示標牌、特種照明等領域，圓偏振光的LED都具有無限的應用潛能。

引入自旋載流子后的LED，還涉及到另一個至關重要的問題是自旋載流子（電子或空穴）輸運問題，即不考慮磁性層與發光層界面缺陷等各種工藝因素時，載流子極化自旋注入后的壽命問題或能否輸運到發光層的問題。極化的自旋電子或空穴，其自旋保持（弛豫）時間比普通電子或空穴長，即具有更長的壽命和較遠的輸運距離，這為更多的載流子到達發光層復合發光提供了有利條件。這就表明，在合理的工藝條件下，施加同等的電流時，經由磁性層注入到LED發光層進行輻射復合發光的電子或空穴可以比傳統LED多。