具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构

摘要

本发明涉及发光二极管组件，具体是一种具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构。本发明解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低及寿命缩短的问题。具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构包括蓝宝石基板、N型氮化镓外延层、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、以及正电极金属层；还包括铟锡氧化物透明导电层和镍纳米粒子层；其中，N型氮化镓外延层堆栈于蓝宝石基板上。本发明基于全新的结构，有效解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低及寿命缩短的问题，适用于发光二极管的制造。

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管组件，具体是一种具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构。

背景技术

现今的固态照明产业蓬勃发展，当中以氮化镓系发光二极管最具代表性。如图1所示，现有氮化镓系发光二极管的芯片结构包括蓝宝石基板1、N型氮化镓外延层2、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层3、P型氮化镓外延层4、负电极金属层7、正电极金属层8。其工作原理为：当负电极金属层和正电极金属层接上外部电源时，来自P型氮化镓外延层和N型氮化镓外延层的空穴与电子在多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层相互结合发出光线。所发出的光线会穿透P型氮化镓外延层射出。现有氮化镓系发光二极管的芯片结构因其内部结构所限，使得光子在芯片内部容易发生全反射，不利于光线的射出，由此容易导致光线在芯片内部产生热能或被芯片吸收，致使发光二极管的光取出效率降低及寿命缩短。针对此问题，有必要对现有氮化镓系发光二极管的芯片结构进行革新，以解决其容易导致发光二极管的光取出效率降低及寿命缩短的问题。

发明内容

本发明为了解决现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低及寿命缩短的问题，提供了一种具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构。

本发明是采用如下技术方案实现的：具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构，包括蓝宝石基板、N型氮化镓外延层、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层、P型氮化镓外延层、负电极金属层、以及正电极金属层；还包括铟锡氧化物透明导电层和镍纳米粒子层；其中，N型氮化镓外延层堆栈于蓝宝石基板上；多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层堆栈于N型氮化镓外延层上，且N型氮化镓外延层部分曝露于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层外；P型氮化镓外延层堆栈于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层上；铟锡氧化物透明导电层堆栈于P型氮化镓外延层上；镍纳米粒子层溅镀于铟锡氧化物透明导电层上；负电极金属层堆栈于N型氮化镓外延层的曝露部分上；正电极金属层堆栈于P型氮化镓外延层上，且正电极金属层与铟锡氧化物透明导电层连接。所述蓝宝石基板、N型氮化镓外延层、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层、P型氮化镓外延层、铟锡氧化物透明导电层、负电极金属层、正电极金属层、镍纳米粒子层均为现有公知结构。

工作时，负电极金属层和正电极金属层连接外部电源，来自P型氮化镓外延层和N型氮化镓外延层的空穴与电子在多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层相互结合发出光线。所发出的光线向上发射穿透P型氮化镓外延层和铟锡氧化物透明导电层，并经过镍纳米粒子层进行散射，藉此提高了光取出效率。与现有氮化镓系发光二极管的芯片结构相比，本发明所述的具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构通过增设铟锡氧化物透明导电层和镍纳米粒子层，解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低及寿命缩短的问题，具体如下：其一，镍在经过热退火处理后，会呈现出带有稀磁性材料的特征，是相当适合制作自旋光电组件的材料。因此铟锡氧化物透明导电层和镍纳米粒子层能够作为自旋载流子的注入来源，即采用本发明所述的具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构能够制成具有自旋电子注入的氮化镓系发光二极管，由此延长了发光二极管的寿命。其二，空穴与电子相互结合发出的光线在经过镍纳米粒子层时的散射，藉此发光二极管的光取出效率得以大幅提高。

本发明基于全新的结构，有效解决了现有氮化镓系发光二极管的芯片结构容易导致发光二极管的光取出效率降低及寿命缩短的问题，适用于发光二极管的制造，尤其适用于高功率发光二极管的制造。

附图说明

图1是现有氮化镓系发光二极管的芯片结构的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明的镍纳米粒子层的扫描电子显微镜影像示意图。

图4是本发明的载流子的传输机制示意图。

图中：1-蓝宝石基板，2-N型氮化镓外延层，3-多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层，4-P型氮化镓外延层，5-铟锡氧化物透明导电层，6-镍纳米粒子层，7-负电极金属层，8-正电极金属层。

具体实施方式

具有镍铟锡氧化物自旋电子注入层的LED芯片结构，包括蓝宝石基板1、N型氮化镓外延层2、多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层3、P型氮化镓外延层4、负电极金属层7、以及正电极金属层8；还包括铟锡氧化物透明导电层5和镍纳米粒子层6；其中，N型氮化镓外延层2堆栈于蓝宝石基板1上；多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层3堆栈于N型氮化镓外延层2上，且N型氮化镓外延层2部分曝露于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层3外；P型氮化镓外延层4堆栈于多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层3上；铟锡氧化物透明导电层5堆栈于P型氮化镓外延层4上；镍纳米粒子层6溅镀于铟锡氧化物透明导电层5上；负电极金属层7堆栈于N型氮化镓外延层2的曝露部分上；正电极金属层8堆栈于P型氮化镓外延层4上，且正电极金属层8与铟锡氧化物透明导电层5连接；

所述蓝宝石基板1是采用蓝宝石制成的；

所述镍纳米粒子层6是采用镍制成的；

所述镍纳米粒子层6是利用磁控溅镀系统制备而成，再以高温800℃热退火处理而形成纳米粒子结构。

具体实施时，如图3所示，镍薄膜在温度800℃的热退火处理之后，其表面会凝结成球状，成为镍纳米粒子。如图4所示，当自旋与非自旋的空穴从铟锡氧化物透明导电层和镍纳米粒子层越过一电位障到达多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层之后，空穴可能会被表面缺陷捕捉，接着空穴注入到多层量子阱氮化铟镓/氮化镓主动层与电子复合，此时，因磁光倍增效应使得光离化的电子与空穴产生复合，最后以光子的能量释放。