[发明专利]一种降低Ⅲ族氮化物发光二极管光衰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低III族氮化物发光二极管光衰的方法，属于半导体光电器件领域。

背景技术

最近几年高速发展的固态照明技术，被称为21世纪最有价值的半导体“绿色照明”技术，它是以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带III族氮化物半导体材料及LED器件技术为基础，是继半导体集成电路技术之后又一项具有革命意义的技术革新。半导体LED技术早在上世纪六、七十年代就已经有产品应用，主要为局限于红、黄光的GaAs、GaP基LED，亮度及应用都非常有限。随着GaN基高亮度蓝、绿光LED技术的突破，高亮度LED芯片在手机背光源、在户/内外全彩显示屏、LCD背光源、路灯照片、甚是通用照明等高端应用领域迅速扩展。LED光源以其节能、环保、光色饱满、无限混色、迅速切换、耐震、耐潮、冷温、少维修等优势，已成为全球最热门、最瞩目的新型光源。

目前国内外商用LED发光芯片的光效都已经发展到比较高的水平，大都达到了100lm/W以上。这种发光效率已足以使LED芯片的应用切入到笔记本液晶背光源、液晶电视背光源、路灯照明、甚至通用照明等高端、高利润应用领域，但目前困扰LED产业发展的就是LED器件的光衰问题，尤其是白光产品。较大的光衰将降低LED器件的使用寿命，降低LED器件的性价比，影响LED产业的发展。

LED器件光衰产生的主要原因有以下几个：第一，LED器件的热阻都比较高，使得LED芯片工作时温度较高，量子阱中缺陷增多，导致LED芯片发光效率下降；第二，LED芯片外延结构中，未在量子阱中复合的电子，在电场作用下最后会运动倒P区同空穴复合发出紫外光，而紫外光的辐射对处于较高温度的封装环氧树脂材料有强烈的分解老化作用，长时间的紫外光辐射使封装环氧黄化，甚至发黑，影响LED器件光线的输出，产生光衰；第三、对于使用了荧光粉的LED产品，荧光粉转换效率随时间的降低也将产生光衰。

为解决LED器件中的光衰问题，业界提出了不少改进方法。中国发明专利CN200810120217.0公开了一种低光衰白发光二极管的方法，该发明的特征在于：在LED芯片的封装过程中，通过透光片和隔热透光层将LED芯片同荧光封装体分隔开来，这一设置可以减少LED芯片工作时散发的热量对荧光封装体性能的劣化，从而达到延长LED使用寿命的目的。但该设置不能减少LED芯片中发出的近紫外、及紫光对荧光封装体的劣化影响。中国发明专利CN200710172631.1则提出了一种通过改进封装用环氧树脂的成份的方法来改进LED封装产生的光衰，该方法虽然一定程度上能减小LED器件的光衰，但不能从根本上解决光衰问题。

为从根本上解决LED芯片中紫外、及紫光对环氧封装体的黄化、老化影响，就需要从LED芯片着手，减少甚至避免LED芯片中紫外、及紫光的产生。本发明提出了一种III族氮化物发光二极管外延材料的结构及其生长方法，采用该结构及其方法生长的外延材料，制备的发光二极管芯片能从根本上减少、甚至避免紫光对环氧封装体的影响，在现行封装工艺条件下，获得低光衰的发光二极管，有效延长发光二极管的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于降低LED器件的光衰，提出一种降低III族氮化物发光二极管光衰的方法，能降低氮化镓基发光二极管器件的光衰。

如图1所示，为公知的LED外延及芯片的结构，包括：在衬底(substrate)10上生长一层低温缓冲层(low temperature buffer)11，再在低温缓冲层11上生长本征氮化镓层(undoped-GaN，即u-GaN)12和N型氮化镓层(n type-GaN，即n-GaN)13，接下来再分别外延生长多量子阱层(Multi-Quantum Wells，即MQWs)14、电子阻挡层(electron blocking layer)15、P型氮化镓层(p-GaN)16、及P型接触层(p-contact layer)17。18层为透明导电层，111层和112层分别为芯片的P型电极和N型电极。其中电子阻挡层15，P型氮化镓层16，和P型接触层17一般统称为P型层。

透明导电层18：透明导电层18可以由一层或多层金属薄膜、氧化物薄膜构成，它们可以是：Ni/Au，Ni/Pt，Ni/Pd，Ni/Co，Pd/Au，Pt/Au，Ti/Au，Cr/Au，或者ITO、ZnO:Al、ZnGa2O4、SnO2:Sb、Ga2O3:Sn、AgInO2:Sn、In2O3:Zn、LaCuOS、NiO、CuCaO2、SrCu2O2。