[发明专利]一种双联节能LED半导体芯片及降低功耗的方法

说明书

本发明涉及一种双联节能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。

技术领域

本发明涉及一种双联节能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。

背景技术

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。

发明内容

本发明设计一种双联节能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。

本发明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发明的示例性实施性，本发明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为本发明的主视示意图，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为本发明的俯视示意图，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发明，在附图中示出了一种实施例。然而，本发明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，并将本发明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发明的示例性实施例。