磁場調控led發光亮度的復合結構及制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體光電子器件領域，特別涉及一種磁場調控LED發
[0002]光亮度的復合結構及制作方法，旨在實現LED發光亮度的連續可調。
【背景技術】
[0003]新型半導體LED固態照明是21世紀最具發展前景的新技術之一，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍。作為第三代半導體材料，GaN基和ZnO基材料體系都具有大的禁帶寬度，前者可從0.7eV到6.2eV連續可調，后者可從2.3eV到10.8eV連續可調，能夠實現從紅外到紫外全光譜范圍的光顯示，并且GaN基LED已經在藍綠光顯示、綠色固態照明、景觀照明、汽車電子、個人移動設備顯示等應用領域取得了舉世矚目的成果。與傳統光源相比，LED發光器件具有體積小、綠色環保、波長可調諧、功耗小和壽命長等諸多優點。
[0004]但是，非極性GaN基材料結晶質量差、位錯密度高且其外延生長更加困難，目前商用的藍綠光GaN基LED仍然以(0001)面極性GaN基材料為主。作為非對稱中心的纖鋅礦結構，GaN基材料和ZnO基材料沿著
[0001]方向具有很強的自發極化，同時LED異質外延生長中晶格失配和熱失配帶來的內應力/應變又產生了強烈的壓電極化。綜合來看，基于纖鋅礦GaN基或者ZnO基LED疊層薄膜材料中存在強烈的極化效應，并且極化效應產生的內建電場會使能帶彎曲、傾斜以及電子和空穴在空間上分離，降低了 LED的發光效率，同時發光波長也會發現紅移。

【發明內容】

[0005]本發明的目的旨在調控極性LED中應力/應變狀態，進而實現LED發光亮度連續可調的功能，提出了一種磁場調控LED發光亮度的復合結構及制作方法。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種磁場調控LED發光亮度的復合結構，包括:
[0007]磁致伸縮材料的基底；
[0008]設置在所述基底上的中間接觸層；
[0009]設置在所述中間接觸層上的LED疊層薄膜材料。
[0010]優選的，所述磁致伸縮材料為鋱-鏑-鐵系磁致伸縮材料、稀土 -鐵系超磁致伸縮材料或者鐵-鎵系磁致伸縮材料。
[0011]優選的，所述鋱-鏑-鐵系磁致伸縮材料的化學成分為Ab1 xDyxFe2y，其中，x =0.5 ?0.8、y = O ?0.1 ;
[0012]所述稀土-鐵系超磁致伸縮材料的化學成分為:(Tb1 x yDyxRy) (Fe1 zTiz)Q和(Tb1 x yDyxRy) (Fe1 z JizMt),, R 為 Ho、Er、Sm 或 Pr 元素，M 為 V、Cr、Si 或 Zr 元素，其中，x =0.65 ?0.80、y = 0.001 ?0.1、z = 0.002 ?0.1、ρ = 0 ?0.1、Q = 1.75 ?2.25;
[0013]所述鐵-鎵系磁致伸縮材料的化學成分為=GaxRyFe1 x y，R為Al、Be、V、Cr、In、Cd、Mo 或 Ge 兀素，X = 0.15 ?0.25、y = 0.0005 ?0.05。
[0014]優選的，所述的LED疊層薄膜材料依次包括:極性襯底、緩沖層、η型導電層、應變有源區、P型電子阻擋層和P型導電層。
[0015]優選的，GaN基LED疊層薄膜材料中，所述應變有源區為InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN或者Al InGaN/GaN雙層結構或者量子阱；
[0016]或者，ZnO基LED疊層薄膜材料中，所述應變有源區為BeZnO/ZnO、MgZnO/ZnO、ZnCdO/ZnO或者BeMgZnCd0/Zn0雙層結構或者量子阱。
[0017]優選的，所述極性襯底為(0001)面藍寶石、(0001)面碳化硅、極性面氮化鎵或(111)面硅。
[0018]優選的，所述基底的厚度為50 μ m-5mm。
[0019]優選的，所述極性襯底的厚度為10μηι-500μηι。
[0020]優選的，所述的中間接觸層為金屬鍵合材料或者有機粘接材料。
[0021]相應的，本發明還提供一種磁場調控LED發光亮度的復合結構制作方法，包括以下步驟:
[0022]制備LED疊層薄膜材料；
[0023]在所述LED疊層薄膜材料上制備η型歐姆接觸電極和ρ型歐姆接觸電極；
[0024]提供磁致伸縮材料的基底；
[0025]在所述基底表面和所述極性襯底下表面涂覆中間接觸層材料；
[0026]將所述基底與所述LED疊層薄膜材料的襯底粘接，并將所述中間接觸層材料固化。
[0027]優選的，所述制備LED疊層薄膜材料步驟具體為:
[0028]在極性襯底上依次外延生長緩沖層、η型導電層、應變有源區、P型電子阻擋層和P型導電層。
[0029]優選的，采用施加壓力、加熱和/或光照等方法使所述中間接觸層材料固化。
[0030]本發明提供的磁場調控LED發光亮度的復合結構及其制作方法具有下列優點:
[0031]1、本發明采用的磁致伸縮基底對材料純度要求低，其原材料來源豐富且成本低。另外，本發明提供的復合結構，制作方法簡單易行，與現有的LED器件制備工藝兼容，具有廣闊的市場應用前景。
[0032]2、本發明的復合結構，在外界磁場作用下，通過磁致伸縮材料基底的應力/應變來調控LED疊層薄膜材料中應變有源區的發光效率，從而實現LED發光亮度連續可調的功能。所述的磁致伸縮材料在很低的磁場下具有大伸縮形變，并且機械強度高，非常適用于實際應用。
[0033]3、本發明提出的復合結構新穎，利用磁力作用調控LED發光亮度，實現LED發光亮度的連續可調，有利于新型磁-力-電-光器件與系統集成，將應用于可調光顯示、磁力傳感成像、自驅動傳感器網絡、磁力電光一體化系統等領域。
【附圖說明】
[0034]通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。
[0035]圖1為本發明的磁場調控LED發光亮度的復合結構示意圖；
[0036]圖2為本發明的磁場調控LED發光亮度的復合結構制作流程圖；
[0037]圖3為實施例1中磁場調控藍光LED發光亮度的復合結構的發光強度隨著磁場的變化曲線。
【具體實施方式】
[0038]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0039]其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。
[0040]極性LED材料和器件的發光特性在不同應力/應變作用下會發生改變，其新穎的壓電-光電耦合效應將影響LED載流子輸運、復合過程和發光機制。本發明提出了高強度超磁致伸縮材料來給極性LED器件施加外界應力/應變，該鐵磁性材料在很低磁場強度下將發生磁致伸縮形變，具有機械強度高、磁致伸縮量大且轉換磁場低等優點，可用于LED應變有源區中應力/應變精確調控，從而實現LED發光亮度連續可調的功能，這將在可調光顯示、磁力傳感成像、自驅動傳感器網絡、磁力電光一體化系統領域具有廣泛的應用前景。
[0041]本發明提供的磁場調控LED發光亮度的復合結構，參見圖1，包括磁致伸縮材料的基底1、設置在基底I上的中間接觸層2、設置在中間接觸層2上的LED疊層薄膜材料3。其中，LED疊層薄膜材料3從下至上包括極性襯底31、緩沖層32、η型導電層33、應變有源區34、ρ型電子阻擋層35和ρ型導電層36，其中，極性襯底31通過中間接觸層2與磁致伸縮材料的基底I粘接在一起。基底I采用磁致伸縮材料，在磁場作用下可以發生磁滯伸縮形變，對復合結構中的應變有源區34施加應力/應變作用，從而調控LED的發光強度。
[0042]基底I可以采用的磁致伸縮材料可以為現有的磁致伸縮材料，優選為下列材料:鋮-鏑-鐵系磁致伸縮材料，優選的，化學成分=Tb1 xDyxFe2 y、x = 0.5?0.8、y = O?0.1 ;稀土 -鐵系超磁致伸縮材料，優選的，化學成分:(Tb1 x yDyxRy) (Fe1 zTi上和(Tb1 x yDyxRy)(Fe1 z R 可為 Ho、Er、Sm 或 Pr 元素，M 可為 V、Cr、Si 或 Zr 元素，其中，x = (λ 65 ?0.80、y = 0.001 ?0.1、z = 0.002 ?0.l、p = O ?0.1、Q = 1.75 ?2.25 ;或者，鐵-鎵系磁致伸縮材料，優選的，化學成分=GaxRyFe1 xy，R可為Al、Be、V、Cr、In、Cd、Mo或Ge元素，其中，X = 0.15 ?0.25、y = 0.0005 ?0.05。
[0043]基底I的厚度優選為50 μ在磁場作用下的伸縮方向與LED疊層薄膜材料3的疊層堆疊方向垂直，例如沿著基底I表面延伸的方向伸縮，本領域的技術人員根據磁致伸縮材料的選擇可以選擇基底I的合適伸縮方向，使基底I在磁場作用下伸縮時可以對LED疊層薄膜材料3中的應變有源區34施加應力/應變作用。
[0044]中間接觸層2可以為金屬鍵合材料(如金錫AuSn或金鍺AuGe共晶合金)或者有機粘接材料(如環氧樹脂)。
[0045]LED疊層薄膜材料3為在極性襯底31上依次外延生長緩沖層32、n型導電層33、應變有源區34、p型電子阻擋層35和ρ型導電層36形成。其中，極性襯底31可以為(0001)面藍寶石、(OOOl)面碳化硅、極性面氮化鎵、(111)面硅等襯底材料。磁致伸縮基底I在磁場作用下的伸縮產生的應變需要通過極性襯底31傳遞到應變有源區34，極性襯底31的厚度會影響應變有源區34的實際形變量，優選的，極性襯底31的厚度范圍為ΙΟμπι?500μπι。極性襯底優選為楊氏模量在10GPa以上的襯底。
[0046]在基于纖鋅礦型壓電半導體材料的LED疊層薄膜材料中，按照LED的種類，應變有源區34的材料有多種選擇。例如，GaN基LED疊層薄膜材料中，應變有源區的材料可以為InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN 或者 Al InGaN/GaN ;同樣對于 ZnO 基 LED 疊層薄膜材料中，應變有源區材料可以為 BeZnO/ZnO、MgZnO/ZnO