本發(fā)明涉及一種非直流驅(qū)動(dòng)的led外延片結(jié)構(gòu)，屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料與發(fā)光器件。

背景技術(shù)：

1、在過(guò)去的數(shù)十年里，光電子器件因其在通信、存儲(chǔ)、照明顯示、食品安全檢測(cè)和創(chuàng)新顯示技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受矚目。gan基的光電子器件以其卓越的發(fā)光效率、緊湊的尺寸和持久的使用壽命而備受青睞，預(yù)示著其在未來(lái)發(fā)展中的巨大潛力。在傳統(tǒng)的直流驅(qū)動(dòng)方式微縮化遇到金屬電極集成和歐姆接觸難題的背景下，一種創(chuàng)新的led驅(qū)動(dòng)技術(shù)——交流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以其突破性的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

2、交流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，因其在納米尺度發(fā)光器件領(lǐng)域的顯著優(yōu)勢(shì)而成為研究的熱點(diǎn)。與直流驅(qū)動(dòng)相比，交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)超高分辨率顯示方面展現(xiàn)出了巨大的潛力，有望成為未來(lái)顯示技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)。探索并實(shí)現(xiàn)一種具有高增益和高效率的交流驅(qū)動(dòng)納米led結(jié)構(gòu)，已成為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展中的一項(xiàng)緊迫任務(wù)，它將為實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)、高效的光電子器件鋪平道路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開(kāi)了一種非直流驅(qū)動(dòng)的led外延片結(jié)構(gòu)，采用不同pn結(jié)交替導(dǎo)通發(fā)光的技術(shù)，有效提高了交流驅(qū)動(dòng)的led的發(fā)光效率與壽命。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種非直流驅(qū)動(dòng)的led外延片結(jié)構(gòu)，自上而下依次包括：

3、頂層電極；

4、由多個(gè)pn結(jié)單元堆疊的周期性結(jié)構(gòu)；

5、襯底；

6、底層電極；

7、其中周期性結(jié)構(gòu)中每一個(gè)pn結(jié)單元包括p型半導(dǎo)體層、多量子阱層、n型半導(dǎo)體層，兩個(gè)相鄰的pn結(jié)單元之間還設(shè)有一多量子阱層。

8、優(yōu)選的，pn結(jié)單元的數(shù)量為2-10。

9、優(yōu)選的，所述多量子阱層為ingan/gan的周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為3～10，ingan層中的in組分含量為0.02～0.25，厚度為1～4nm，gan層厚度為5～18nm。在制作時(shí)，也可以通過(guò)改變不同量子阱的材料或者參數(shù)，使得不同量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)生變化。

10、優(yōu)選的，所述p型半導(dǎo)體層為p型gan層，摻雜濃度為1～500×1018cm-3，厚度0.1～1μm。

11、優(yōu)選的，所述n型半導(dǎo)體層為n型gan層，摻雜濃度1～500×1018cm-3，厚度為0.5～3μm。

12、優(yōu)選的，所述頂層電極為ito導(dǎo)電玻璃膜，或tj隧道結(jié)。其中，使用tj隧道結(jié)時(shí)，led中pn結(jié)的反向擊穿電壓更小，led性能更好。

13、優(yōu)選的，所述ito導(dǎo)電玻璃膜的厚度為30～300nm。

14、優(yōu)選的，所述底層電極為au電極，au厚度為10～1000nm。

15、優(yōu)選的，所述襯底為藍(lán)寶石襯底，厚度為300～500μm。在藍(lán)寶石層一側(cè)的電極不提供直接電接觸，而使用正弦交流電源驅(qū)動(dòng)。藍(lán)寶石襯底層與其下的金屬電極和其上的n型半導(dǎo)體層構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)，不直接提供點(diǎn)接觸，在交流電驅(qū)動(dòng)下，由電容充放電產(chǎn)生的感應(yīng)電荷作為載流子參與pn結(jié)中的電子與空穴的復(fù)合發(fā)光過(guò)程。由于存在電容起到限流作用，限制了通過(guò)led的電流大小，所以pn結(jié)上施加反向電壓時(shí)通過(guò)的電流有限，不會(huì)導(dǎo)致led損壞。由于電容產(chǎn)生的感生電荷會(huì)參與電子和空穴的復(fù)合發(fā)光，這會(huì)破壞電容兩側(cè)的電荷平衡，而pn結(jié)的反向?qū)m然不會(huì)使得其發(fā)光，但是可以恢復(fù)pn結(jié)兩側(cè)的電荷平衡條件，使得led可以正常工作。

16、本發(fā)明的工作原理為：

17、使用時(shí)，電源的正極接到led的p層上的ito導(dǎo)電玻璃膜，電源的負(fù)極接到藍(lán)寶石背面的au電極，藍(lán)寶石不導(dǎo)電，所以正負(fù)電極之間形成了電容形式。在直流驅(qū)動(dòng)下器件是不工作的。必須在交流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，才能使器件工作。

18、在正弦交流電驅(qū)動(dòng)下工作，由于該結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)方向的pn結(jié)，在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)交流電處于正半周期時(shí)，正向?qū)ǖ膒n結(jié)導(dǎo)通發(fā)光，和電流方向反向的pn結(jié)反向擊穿，當(dāng)交流電處于副半周期時(shí)，也是同樣的工作狀態(tài)，正向?qū)ǖ膒n結(jié)導(dǎo)通發(fā)光，和電流反向的的pn結(jié)反向擊穿，回復(fù)電荷平衡條件，為下一次正向?qū)òl(fā)光做好準(zhǔn)備，這樣兩種pn結(jié)在一個(gè)周期內(nèi)，依次正向?qū)òl(fā)光，實(shí)現(xiàn)了全周期發(fā)光。

19、本發(fā)明的有益效果如下：

20、本發(fā)明的led外延片采用了多重串聯(lián)的結(jié)構(gòu)方式，包括多個(gè)多重串聯(lián)的pn結(jié)，構(gòu)成多個(gè)發(fā)光區(qū)域。在交流電驅(qū)動(dòng)的條件下，每一個(gè)pn結(jié)交替正向?qū)òl(fā)光和反向擊穿，提高發(fā)光效率，延長(zhǎng)led的使用壽命。本發(fā)明用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用交流驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)光效率過(guò)低，在反向擊穿過(guò)程中不發(fā)光使得功率損耗較大的問(wèn)題，延長(zhǎng)led的使用壽命，同時(shí)設(shè)置了多個(gè)量子阱的發(fā)光區(qū)域，可以設(shè)置不同的發(fā)光波長(zhǎng)，使得led的發(fā)光波長(zhǎng)具有更多選擇。

技術(shù)特征：

1.一種非直流驅(qū)動(dòng)的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于自上而下依次包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：pn結(jié)單元的數(shù)量為2-10。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述多量子阱層為ingan/gan的周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為3～10，ingan層中的in組分含量為0.02～0.25，厚度為1～4nm，gan層厚度為5～18nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述p型半導(dǎo)體層為p型gan層，摻雜濃度為1～500×1018cm-3，厚度0.1～1μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述n型半導(dǎo)體層為n型gan層，摻雜濃度1～500×1018cm-3，厚度為0.5～3μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述頂層電極為ito導(dǎo)電玻璃膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述ito導(dǎo)電玻璃膜的厚度為30～300nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述底層電極為au電極,au厚度為10～1000nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的led外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述襯底為藍(lán)寶石襯底，厚度為300～500μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種非直流驅(qū)動(dòng)的LED外延片結(jié)構(gòu)，包括由多個(gè)PN結(jié)單元堆疊的周期性結(jié)構(gòu)，每一個(gè)PN結(jié)單元包括P型GaN層、多量子阱層、N型GaN層，兩個(gè)相鄰的PN結(jié)單元之間還設(shè)有一多量子阱層。本發(fā)明的LED外延片采用了多重串聯(lián)的結(jié)構(gòu)方式，包括多個(gè)多重串聯(lián)的PN結(jié)，構(gòu)成多個(gè)發(fā)光區(qū)域。在交流電驅(qū)動(dòng)的條件下，每一個(gè)PN結(jié)交替正向?qū)òl(fā)光和反向擊穿，從而在施加正向電壓和反向電壓時(shí)均可以導(dǎo)通，提高發(fā)光效率，延長(zhǎng)LED的使用壽命。本發(fā)明用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用交流驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)光效率過(guò)低，在反向擊穿過(guò)程中不發(fā)光使得功率損耗較大的問(wèn)題，同時(shí)設(shè)置了多個(gè)量子阱的發(fā)光區(qū)域，可以設(shè)置不同的發(fā)光波長(zhǎng)，使得LED的發(fā)光波長(zhǎng)具有更多選擇。

技術(shù)研發(fā)人員：陶濤,楊凱越,徐家興,竇蓉蓉,牛慶翔,嚴(yán)羽,莊喆,劉斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9