一种双联节能LED半导体芯片及降低功耗的方法技术

本发明专利技术涉及一种双联节能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。本发明专利技术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。

Dual energy saving LED semiconductor chip and method for reducing power consumption

The invention relates to a dual energy LED semiconductor chip, it consists of ten parts, namely the DC power supply, wire, copper cathode electrode, P GaN film, GaN film, GaN film, N N GaN substrate, HfO2 film, ZnO film, P cathode copper electrode. The electrons are led by a negative copper electrode and are combined with holes in the HfO2 film and the light emitting layer GaN in the left, emitting photons, respectively. According to the principle of photoluminescence, the photon energy emitted from HfO2 thin film is larger than that of electric field, and the excess energy originates from the heat released from the GaN film on the left emitting layer. The invention provides a double connected LED semiconductor chip for reducing power consumption by using electroluminescence and thermal luminescence, so as to promote the development of LED technology toward energy saving and consumption reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种双联节能LED半导体芯片及降低功耗的方法
本专利技术涉及一种双联节能LED半导体芯片及降低功耗的方法，属于电致发光与热致发光领域。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术设计一种双联节能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。本专利技术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专利技术的示例性实施性，本专利技术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为本专利技术的主视示意图，在同一块LED半导体晶片上集成了两种发光异质结，左边是P-GaN/GaN/N-GaN构成的发光PN结。右边是N-GaN/HfO2/P-ZnO构成的发光PN结。两边的PN结通过N-GaN基板相互连接。左边的发光PN结属于常规电致发光PN结，电子与空穴复合时除了释放光子外还将释放大量的热能。热能通过基板N-GaN传递给右边N-GaN/HfO2/P-ZnO构成的PN结，由于N-GaN/HfO2/P-ZnO具有阶梯型的电子势阱结构，使得电子与空穴复合时，使光子获得了大于电场做功的能量，该部分能量来源于从外界获得的热能，因此，图1所示的双联LED结构既能够降低左边LED热负担又能为右边LED提供一部分驱动发光的热能。图2为本专利技术的俯视示意图，在矩形N-GaN基板上集成了六片PN结芯片，左边三个为N-GaN/GaN/P-GaN构成的PN结，右边三个为P-ZnO/HfO2/N-GaN构成的PN结。具体实施方式在下文中，将参照附图更充分地描述本专利技术，在附图中示出了一种实施例。然而，本专利技术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，并将本专利技术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专利技术的示例性实施例。参考附图1~2，本专利技术的技术方案的实现：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：本专利技术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。以上所述仅为本专利技术的实施例而已，并不用于限制本专利技术。本专利技术可以有各种合适的更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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、HfO

【技术特征摘要】
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。2.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赞，刘自通，阮宜武，
申请(专利权)人：王赞，
类型：发明
国别省市：河南,41