[发明专利]白光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，特别涉及一种白光LED芯片及其制备方法。

背景技术

通常传统照明所用的白炽灯，荧光灯，钠灯，汞灯等照明设备由于能耗较大且废弃后造成较大的环境污染，而半导体照明由于在照明节能、环保方面有极大的应用前景已成为各国制定经济政策的重点发展目标。随着研究的深入，半导体照明技术取得重大突破，白光LED已经大规模走向产业化。虽然LED技术创新速度远远超过预期，但于400lm/W的理论光效相比，仍有巨大的发展空间。

进一步提高LED照明光源的发光效率一直是近年来研究的热点。由于半导体材料的折射率高，LED发光层产生的光有相当大一部分在经过数次全内反射之后被电极或发光层吸收了，而辐射到自由空间中的只是很小的部分。目前常采用改变发光层形状、粗糙化LED半导体材料表面、利用光子晶体等方式来提高LED的发光效率。随着表面等离子体研究的兴起，近年来，很多研究小组利用表面等离子体特性增强LED发光效率，并且得到了明显的发光增强效果。

表面等离子体是一种沿金属和介质界面传播的波，其振幅随离开界面的距离而指数衰减。金属纳米结构的表面等离子体激发能够产生非常特殊的光学性质。通过有效利用金属纳米结构激发的表面等离子体激元，就能够提高发光材料的发光效率和光萃取效率。本发明公开了一种表面等离子体荧光增强LED发光效率的制备方法，用来提高LED的发光效率以及光萃取效率。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种白光LED芯片。

具体的技术方案如下：

一种白光LED芯片，包括蓝光外延芯片、导电层、荧光粉层、金属纳米结构层、P型电极和N型电极；

所述蓝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；

所述导电层蒸镀于蓝光外延芯片的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钇钻石榴为主体的黄绿荧光粉。

在其中一个实施例中，所述银纳米粒子的结构为三角锥形，所述三角锥底边长为80-100nm，高为40-60nm；每0.04-0.09μm²所述金属纳米结构层设有一个三角锥形银纳米粒子。

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InGaN/GaN多量子阱或单量子阱，或InGaN/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1:9。

本发明还提供上述白光LED芯片的制备方法。

具体的技术方案如下：

上述白光LED芯片的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备蓝光外延芯片，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阵列的掩模图形，通过曝光、显影、去残胶，在光刻胶上形成圆形凹槽图案的表面，然后浸入AgNO₃、硼氢化钠和柠檬酸钠的混合溶液中，其中AgNO₃的浓度为0.8-1.2mmol/L，硼氢化钠的浓度为0.6-0.9mmol/L，柠檬酸钠的浓度为0.8-1.2mmol/L，在钠灯光源下光照320-360min，采用化学合成方法在圆形凹槽中生成金属纳米粒子，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，即得所述白光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200nm，每0.04-0.09μm²的光刻胶上设计一个圆形凹槽。