磁场调控led发光亮度的复合结构及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电子器件领域，特别涉及一种磁场调控LED发
[0002]光亮度的复合结构及制作方法，旨在实现LED发光亮度的连续可调。
【背景技术】
[0003]新型半导体LED固态照明是21世纪最具发展前景的新技术之一，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃。作为第三代半导体材料，GaN基和ZnO基材料体系都具有大的禁带宽度，前者可从0.7eV到6.2eV连续可调，后者可从2.3eV到10.8eV连续可调，能够实现从红外到紫外全光谱范围的光显示，并且GaN基LED已经在蓝绿光显示、绿色固态照明、景观照明、汽车电子、个人移动设备显示等应用领域取得了举世瞩目的成果。与传统光源相比，LED发光器件具有体积小、绿色环保、波长可调谐、功耗小和寿命长等诸多优点。
[0004]但是，非极性GaN基材料结晶质量差、位错密度高且其外延生长更加困难，目前商用的蓝绿光GaN基LED仍然以(0001)面极性GaN基材料为主。作为非对称中心的纤锌矿结构，GaN基材料和ZnO基材料沿着
[0001]方向具有很强的自发极化，同时LED异质外延生长中晶格失配和热失配带来的内应力/应变又产生了强烈的压电极化。综合来看，基于纤锌矿GaN基或者ZnO基LED叠层薄膜材料中存在强烈的极化效应，并且极化效应产生的内建电场会使能带弯曲、倾斜以及电子和空穴在空间上分离，降低了 LED的发光效率，同时发光波长也会发现红移。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在调控极性LED中应力/应变状态，进而实现LED发光亮度连续可调的功能，提出了一种磁场调控LED发光亮度的复合结构及制作方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种磁场调控LED发光亮度的复合结构，包括:
[0007]磁致伸缩材料的基底；
[0008]设置在所述基底上的中间接触层；
[0009]设置在所述中间接触层上的LED叠层薄膜材料。
[0010]优选的，所述磁致伸缩材料为铽-镝-铁系磁致伸缩材料、稀土 -铁系超磁致伸缩材料或者铁-镓系磁致伸缩材料。
[0011]优选的，所述铽-镝-铁系磁致伸缩材料的化学成分为Ab1 xDyxFe2y，其中，x =0.5 ?0.8、y = O ?0.1 ;
[0012]所述稀土-铁系超磁致伸缩材料的化学成分为:(Tb1 x yDyxRy) (Fe1 zTiz)Q和(Tb1 x yDyxRy) (Fe1 z JizMt),, R 为 Ho、Er、Sm 或 Pr 元素，M 为 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]所述铁-镓系磁致伸缩材料的化学成分为=GaxRyFe1 x y，R为Al、Be、V、Cr、In、Cd、Mo 或 Ge 兀素，X = 0.15 ?0.25、y = 0.0005 ?0.05。
[0014]优选的，所述的LED叠层薄膜材料依次包括:极性衬底、缓冲层、η型导电层、应变有源区、P型电子阻挡层和P型导电层。
[0015]优选的，GaN基LED叠层薄膜材料中，所述应变有源区为InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN或者Al InGaN/GaN双层结构或者量子阱；
[0016]或者，ZnO基LED叠层薄膜材料中，所述应变有源区为BeZnO/ZnO、MgZnO/ZnO、ZnCdO/ZnO或者BeMgZnCd0/Zn0双层结构或者量子阱。
[0017]优选的，所述极性衬底为(0001)面蓝宝石、(0001)面碳化硅、极性面氮化镓或(111)面硅。
[0018]优选的，所述基底的厚度为50 μ m-5mm。
[0019]优选的，所述极性衬底的厚度为10μηι-500μηι。
[0020]优选的，所述的中间接触层为金属键合材料或者有机粘接材料。
[0021]相应的，本发明还提供一种磁场调控LED发光亮度的复合结构制作方法，包括以下步骤:
[0022]制备LED叠层薄膜材料；
[0023]在所述LED叠层薄膜材料上制备η型欧姆接触电极和ρ型欧姆接触电极；
[0024]提供磁致伸缩材料的基底；
[0025]在所述基底表面和所述极性衬底下表面涂覆中间接触层材料；
[0026]将所述基底与所述LED叠层薄膜材料的衬底粘接，并将所述中间接触层材料固化。
[0027]优选的，所述制备LED叠层薄膜材料步骤具体为:
[0028]在极性衬底上依次外延生长缓冲层、η型导电层、应变有源区、P型电子阻挡层和P型导电层。
[0029]优选的，采用施加压力、加热和/或光照等方法使所述中间接触层材料固化。
[0030]本发明提供的磁场调控LED发光亮度的复合结构及其制作方法具有下列优点:
[0031]1、本发明采用的磁致伸缩基底对材料纯度要求低，其原材料来源丰富且成本低。另外，本发明提供的复合结构，制作方法简单易行，与现有的LED器件制备工艺兼容，具有广阔的市场应用前景。
[0032]2、本发明的复合结构，在外界磁场作用下，通过磁致伸缩材料基底的应力/应变来调控LED叠层薄膜材料中应变有源区的发光效率，从而实现LED发光亮度连续可调的功能。所述的磁致伸缩材料在很低的磁场下具有大伸缩形变，并且机械强度高，非常适用于实际应用。
[0033]3、本发明提出的复合结构新颖，利用磁力作用调控LED发光亮度，实现LED发光亮度的连续可调，有利于新型磁-力-电-光器件与系统集成，将应用于可调光显示、磁力传感成像、自驱动传感器网络、磁力电光一体化系统等领域。
【附图说明】
[0034]通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0035]图1为本发明的磁场调控LED发光亮度的复合结构示意图；
[0036]图2为本发明的磁场调控LED发光亮度的复合结构制作流程图；
[0037]图3为实施例1中磁场调控蓝光LED发光亮度的复合结构的发光强度随着磁场的变化曲线。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。
[0040]极性LED材料和器件的发光特性在不同应力/应变作用下会发生改变，其新颖的压电-光电耦合效应将影响LED载流子输运、复合过程和发光机制。本发明提出了高强度超磁致伸缩材料来给极性LED器件施加外界应力/应变，该铁磁性材料在很低磁场强度下将发生磁致伸缩形变，具有机械强度高、磁致伸缩量大且转换磁场低等优点，可用于LED应变有源区中应力/应变精确调控，从而实现LED发光亮度连续可调的功能，这将在可调光显示、磁力传感成像、自驱动传感器网络、磁力电光一体化系统领域具有广泛的应用前景。
[0041]本发明提供的磁场调控LED发光亮度的复合结构，参见图1，包括磁致伸缩材料的基底1、设置在基底I上的中间接触层2、设置在中间接触层2上的LED叠层薄膜材料3。其中，LED叠层薄膜材料3从下至上包括极性衬底31、缓冲层32、η型导电层33、应变有源区34、ρ型电子阻挡层35和ρ型导电层36，其中，极性衬底31通过中间接触层2与磁致伸缩材料的基底I粘接在一起。基底I采用磁致伸缩材料，在磁场作用下可以发生磁滞伸缩形变，对复合结构中的应变有源区34施加应力/应变作用，从而调控LED的发光强度。
[0042]基底I可以采用的磁致伸缩材料可以为现有的磁致伸缩材料，优选为下列材料:铖-镝-铁系磁致伸缩材料，优选的，化学成分=Tb1 xDyxFe2 y、x = 0.5?0.8、y = O?0.1 ;稀土 -铁系超磁致伸缩材料，优选的，化学成分:(Tb1 x yDyxRy) (Fe1 zTi上和(Tb1 x yDyxRy)(Fe1 z R 可为 Ho、Er、Sm 或 Pr 元素，M 可为 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，铁-镓系磁致伸缩材料，优选的，化学成分=GaxRyFe1 xy，R可为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的厚度优选为50 μ在磁场作用下的伸缩方向与LED叠层薄膜材料3的叠层堆叠方向垂直，例如沿着基底I表面延伸的方向伸缩，本领域的技术人员根据磁致伸缩材料的选择可以选择基底I的合适伸缩方向，使基底I在磁场作用下伸缩时可以对LED叠层薄膜材料3中的应变有源区34施加应力/应变作用。
[0044]中间接触层2可以为金属键合材料(如金锡AuSn或金锗AuGe共晶合金)或者有机粘接材料(如环氧树脂)。
[0045]LED叠层薄膜材料3为在极性衬底31上依次外延生长缓冲层32、n型导电层33、应变有源区34、p型电子阻挡层35和ρ型导电层36形成。其中，极性衬底31可以为(0001)面蓝宝石、(OOOl)面碳化硅、极性面氮化镓、(111)面硅等衬底材料。磁致伸缩基底I在磁场作用下的伸缩产生的应变需要通过极性衬底31传递到应变有源区34，极性衬底31的厚度会影响应变有源区34的实际形变量，优选的，极性衬底31的厚度范围为ΙΟμπι?500μπι。极性衬底优选为杨氏模量在10GPa以上的衬底。
[0046]在基于纤锌矿型压电半导体材料的LED叠层薄膜材料中，按照LED的种类，应变有源区34的材料有多种选择。例如，GaN基LED叠层薄膜材料中，应变有源区的材料可以为InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN 或者 Al InGaN/GaN ;同样对于 ZnO 基 LED 叠层薄膜材料中，应变有源区材料可以为 BeZnO/ZnO、MgZnO/ZnO