[发明专利]绿光LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于LED技术领域，特别涉及一种绿光LED芯片及其制备方法。

背景技术

InGaN基绿光LED通常要求铟（In）组分高于20%的高铟InGaN有源层结构材料，由于InN和GaN间存在较大的晶格失配，In常常会形成高铟组分的团簇来减少应力场以及相应的表面能，导致In组分空间分布不均匀，并形成高密度的晶格缺陷（如位错、表面坑等），以至非辐射复合几率增加，发光效率大幅下降，另外，高铟组分的InGaN/GaN量子阱由晶格失配引起的应变会产生强的压电极化场，导致能带弯曲，电子和空穴波函数空间交叠减少，辐射复合机率几率大幅下降，此外由于在高温下InGaN材料易分解，高铟InGaN材料要求低温生长，使得高质量高铟InGaN材料外延困难重重。以上种种原因导致InGaN基绿光LED发光效率不高，因此需要寻求新的方法来制备高效的绿光LED。

采用低Al组分的AlGaN有源材料制备出的紫外光LED外延芯片激发绿光荧光粉材料可以制备出发绿光LED，与InGaN有源材料结构制备绿光LED相比，低Al组分的AlGaN有源材料由于在Al组分较低情况，晶格缺陷较低以及压电极化强所带来的负面效应大大减弱，电光转换效率大幅度提升，但要制备更高效的绿光LED，仍有较大的提升空间。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种绿光LED芯片。

具体的技术方案如下：

一种绿光LED芯片，包括紫外光外延芯片、导电层、荧光粉层、金属纳米结构层、P型电极和N型电极；

所述紫外光外延芯片包括依次层叠的衬底层、缓冲层、n型半导体层、量子阱层、p型半导体层；

所述导电层蒸镀于紫外光外延芯片的P型半导体层上；所述荧光粉层涂覆在所述导电层上；所述金属纳米结构层生长于所述荧光粉层上。

在其中一个实施例中，所述金属纳米结构层为银纳米粒子层。

在其中一个实施例中，所述荧光粉层的材料为绿色荧光粉Y₂SiO₅:Tb。

在其中一个实施例中，所述银纳米粒子的结构为圆柱形，所述圆柱形的的圆形底直径为120-180nm，高为50-75nm，每0.04-0.09μm²所述金属纳米结构层设有一个圆柱形银纳米粒子。

在其中一个实施例中，所述衬底层的材料为蓝宝石、SiC、ZnO、MgO、LiAlO₂、LiGaO₂、石英，玻璃或金属。

在其中一个实施例中，所述量子阱层为AlGaN/GaN多量子阱或单量子阱，或AlGaN/AlGaInN量子阱。

在其中一个实施例中，所述导电层为280nm的氧化铟锡ITO，所述氧化铟锡ITO中Sn₂O₃与In₂O₃的摩尔比为1:6-12。

本发明还提供上述绿光LED芯片的制备方法。

具体的技术方案如下：

上述绿光LED芯片的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备紫外光外延芯片，包括依次层叠的衬底层、缓冲层、n型半导体层、量子阱层、p型半导体层；

（2）采用电子束蒸发在p型半导体层上蒸镀导电层；

（3）制备N型电极和P型电极；

（4）将荧光粉通过丝网印刷印制在导电层上，得到荧光粉层；

（5）在步骤（4）得到荧光粉层涂上邻叠氮萘醌类化合物的光刻胶，所述光刻胶上设计制作有圆形的掩模图形，然后通过曝光、显影、去残胶，在光刻胶上形成了圆形凹槽图案的表面，然后采用物理沉积法在圆形凹槽中生成圆柱形银纳米粒子，最后将芯片放置到丙酮溶液中，超声去除光刻胶后在荧光粉层上形成金属纳米结构层，即得所述绿光LED芯片。

在其中一个实施例中，所述步骤（5）中圆形凹槽的直径为120-180nm，每0.04-0.09μm²的光刻胶上设计一个圆形凹槽。

在其中一个实施例中，所述物理沉积方法为分子束外延、金属有机气相外延或蒸镀。

本发明的有益效果是：