一种双联节能LED半导体芯片的制作方法

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。

技术实现要素：

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。