[發明專利]一種雙聯節能LED半導體芯片及降低功耗的方法

有效

• 申請號: 201710022209.1
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106784229B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 王贊;劉自通;阮宜武
• 申請（專利權）人: 王贊
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種雙聯節能LED半導體芯片，它由十部分組成，分別是直流電源、導線、正極銅電極、P?GaN薄膜、GaN薄膜、N?GaN薄膜、N?GaN基板、HfO2薄膜、P?ZnO薄膜、負極銅電極。電子由負極銅電極導入，分別在右側的發光層HfO2薄膜與左側的發光層GaN薄膜內與空穴復合并發射光子。根據熱致發光原理，HfO2薄膜發射的光子能量大于電場做功，多出的這部分能量來源于左側發光層GaN薄膜釋放的熱量。本發明提出了一種采用電致發光與熱致發光相結合的方法降低功耗的雙聯LED半導體芯片，以促進LED技術向節能降耗方向的發展。

技術領域

本發明涉及一種雙聯節能LED半導體芯片及降低功耗的方法，屬于電致發光與熱致發光領域。

背景技術

LED燈主要利用P型半導體與N型半導體結合成發光異質結，利用電子與空穴的復合釋放光子的原理實現發光。與白熾燈相比，具有低功耗、高亮度、小尺寸、安裝簡易、可靠度高的特點。然而，在低電壓、大功率的工況下，LED發光芯片的熱流密度高達30W/cm²以上，使得散熱問題成為亟待解決的瓶頸。尤其是對于大功率LED平面集群封裝模塊，強制換熱的降溫方式會消耗大量電能，抬高使用成本。將熱致發光與電致發光技術相結合既可以彌補LED的散熱問題，又可以提高LED的發光功率。

發明內容

本發明設計一種雙聯節能LED半導體芯片，它由十部分組成，分別是直流電源、導線、正極銅電極、P-GaN薄膜、GaN薄膜、N-GaN薄膜、N-GaN基板、HfO₂薄膜、P-ZnO薄膜、負極銅電極。電子由負極銅電極導入，分別在右側的發光層HfO₂薄膜與左側的發光層GaN薄膜內與空穴復合并發射光子。根據熱致發光原理，HfO₂薄膜發射的光子能量大于電場做功，多出的這部分能量來源于左側發光層GaN薄膜釋放的熱量。

本發明提出了采用電致發光與熱致發光相結合的方法降低LED功耗及提高發光效率的方法，以促進LED技術向節能降耗方向的發展。

附圖說明

通過參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施性，本發明的以上和其它方面及優點將變得更加易于清楚，在附圖中：

圖1為本發明的主視示意圖，在同一塊LED半導體晶片上集成了兩種發光異質結，左邊是P-GaN/GaN/N-GaN構成的發光PN結。右邊是N-GaN/HfO₂/P-ZnO構成的發光PN結。兩邊的PN結通過N-GaN基板相互連接。左邊的發光PN結屬于常規電致發光PN結，電子與空穴復合時除了釋放光子外還將釋放大量的熱能。熱能通過基板N-GaN傳遞給右邊N-GaN/HfO₂/P-ZnO構成的PN結，由于N-GaN/HfO₂/P-ZnO具有階梯型的電子勢阱結構，使得電子與空穴復合時，使光子獲得了大于電場做功的能量，該部分能量來源于從外界獲得的熱能，因此，圖1所示的雙聯LED結構既能夠降低左邊LED熱負擔又能為右邊LED提供一部分驅動發光的熱能。

圖2為本發明的俯視示意圖，在矩形N-GaN基板上集成了六片PN結芯片，左邊三個為N-GaN/GaN/P-GaN構成的PN結，右邊三個為P-ZnO/HfO₂/N-GaN構成的PN結。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖更充分地描述本發明，在附圖中示出了一種實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供該實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發明的范圍充分地傳達給本領域技術人員。

在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例。