本發(fā)明涉及半導體光電器件領域，特別是一種氮化物發(fā)光二極管及其制作方法。

背景技術：

現今，發(fā)光二極管（LED），特別是氮化物發(fā)光二極管因其較高的發(fā)光效率，在普通照明領域已取得廣泛的應用。III族氮化物發(fā)光二極管為單軸介質晶體，其波動方程存在兩種不同的解，一種沿光軸傳播的尋常光線，簡稱o光(Ordinary Light)，其電場E與光軸垂直E⊥c；另一種垂直光軸傳播的非常光線，簡稱e光(Extraordinary)，其電場E與光軸平行E∥c。o光為電子從導帶底至重空穴帶和輕空穴帶的躍遷，而e光為電子從導帶底至晶體場分裂出的空穴帶的躍遷。對于III族氮化物發(fā)光二極管，材料的發(fā)光主要為電子從導帶底至價帶頂的空穴躍遷復合，由于III族氮化物存在光學各向異性，平行于c軸的光不易出射。

氮化物發(fā)光二極管在電流流入的情況下，電子注入會使晶格膨脹，同時，熱效應會使襯底和外延層的應力發(fā)生改變，從而使其受到的壓應力變?。▍⒖嘉墨I：Scientific Reports, 5:17227; DOI: 10.1038/srep17227）。隨著注入電流的上升，壓應力逐漸降至零，并變?yōu)閺垜?，并伴隨著發(fā)光效率的急劇下降。為了獲得較高的發(fā)光效率，改善Efficiency Droop效應，有必要提升在注入條件下氮化物發(fā)光二極管的壓應力。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于：提供一種氮化物發(fā)光二極管及其制作方法，在P型氮化物和N型氮化物中插入應力控制層/反射層/電磁場發(fā)生層的復合結構，在電流通過電磁場發(fā)生層時，因電磁感應產生磁場，控制應力控制層產生應力，從而調控多量子阱受的應力類型和大小，提高發(fā)光二極管的o光比例和量子阱的載流子躍遷復合效率，提升發(fā)光效率和改善efficiency droop效應。

根據本發(fā)明的第一方面：一種氮化物發(fā)光二極管，依次包括襯底，緩沖層，N型氮化物，多量子阱以及P型氮化物，其特征在于：在所述P型氮化物和N型氮化物中插入應力控制層/反射層/電磁場發(fā)生層組成的復合結構。

反射層用于防止電磁場發(fā)生層和應力控制層材料吸收多量子阱發(fā)出的光，當電流流經電磁場發(fā)生層時引起電磁感應效應，產生磁場；磁場控制應力控制層產生應力，從而調控多量子阱受的應力類型和大小，提高發(fā)光二極管的o光比例和量子阱的載流子躍遷復合效率，提升發(fā)光效率和改善efficiency droop效應。

進一步地，所述電磁場發(fā)生層隨發(fā)光二極管的電流注入引起電磁感應產生磁場，該磁場的大小受電磁發(fā)生層的磁性材料和注入電流大小控制。

進一步地，所述P型氮化物和N型氮化物中插入應力控制層的位置一一對應，應力控制層材料為磁致彈性材料，受到磁場作用時，晶格常數會發(fā)生改變，從而產生張應力或壓應力。

進一步地，所述應力控制層的厚度為10~900nm，優(yōu)選500nm。

進一步地，所述反射層的材料為Al、DBR、ODR或以上三種的組合，優(yōu)選DBR。

進一步地，所述電磁場發(fā)生層為磁性材料，包含Ni、Co、Mn、FeCo、Fe₃O₄、Cr₂O₃、Fe₂CrSi等單質或化合物的納米球，大小為10~900nm，優(yōu)選200nm。

根據本發(fā)明的第二方面：一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，包含以下步驟：

（1）在襯底上依次外延生長緩沖層，N型氮化物，形成第一外延片；

（2）將第一外延片取出反應室，在N型氮化物上蝕刻出第一溝道，然后依次沉積電磁場發(fā)生層，再沉積反射層和磁致彈性材料，形成第一模板；

（3）將第一模板重新放入MOCVD反應室，進行二次外延生長N型氮化物、多量子阱、P型氮化物，形成第二外延片；

（4）將第二外延片取出反應室，蝕刻出第二溝道，然后依次沉積應力控制層、反射層和電磁場發(fā)生層，該溝道與第一溝道的坐標一一對應，形成第二模板；

（5）將第二模板重新放入MOCVD反應室，進行三次外延生長P型氮化物，形成最終的第三外延片。

進一步地，所述第一溝道、第二溝道的深度為100~1000nm，長度為1~10μm，寬度為1~10μm 。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的氮化物發(fā)光二極管的示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的氮化物發(fā)光二極管與傳統(tǒng)發(fā)光二極管在不同電流作用下的應力差異比較圖。

圖示說明：100：襯底，101：緩沖層，102：N型氮化物，103：電磁場發(fā)生層，104：反射層，105：應力控制層，106：多量子阱，107：P型層。

具體實施方式

本發(fā)明所提出的一種氮化物發(fā)光二極管，依次包括襯底100，緩沖層101，N型氮化物102，應力控制層103/反射層104/電磁場發(fā)生層105的復合結構，多量子阱106，P型氮化物107，在P型氮化物107和N型氮化物102中插入應力控制層/DBR/電磁場發(fā)生層的復合結構，反射層104用于防止電磁場發(fā)生層吸光，當電流流經電磁場發(fā)生層105時產生電磁感應效應，產生磁場；磁場控制應力控制層103產生應力，從而調控多量子阱受的應力類型和大小，提高發(fā)光二極管的o光比例和量子阱的載流子躍遷復合效率，提升發(fā)光效率和改善efficiency droop。

首先，在藍寶石襯底100上依次外延生長襯底100，緩沖層101，N型氮化物102，形成第一外延片；然后，將第一外延片取出，在N型氮化物102上蝕刻出第一溝道，深度為1μm，長度為2μm，寬度為2μm，分別沉積200nmFeCo納米球的電磁場發(fā)生層，再沉積DBR和500nm的磁致彈性材料，作為應力控制層103，形成第一模板；接著，將第一模板重新放入MOCVD反應室，進行二次外延，繼續(xù)生長N型氮化物蓋住應力控制層103/DBR反射率104/電磁場發(fā)生層105的復合結構，繼續(xù)生長多量子阱106和P型氮化物107，形成第二外延片；然后，將第二外延片取出蝕刻出第二溝道，深度為1μm，長度為2μm，寬度為2μm，在溝道上依次沉積500nm的磁致彈性材料的應力控制層103、DBR反射層104和200nm粒徑的FeCo納米球的電磁場發(fā)生層105，形成第二模板；最后，將第二模板重新放入MOCVD反應室，進行三次外延繼續(xù)生長P型氮化物107，蓋住應力控制層103/DBR反射層104/電磁場發(fā)生層105的復合結構。

當電流流經電磁場發(fā)生層時，產生磁場，且磁場隨著電流的上升而增強，控制磁致彈性材料產生壓應力，以抵消因發(fā)光二極管結溫上升和電流注入產生的壓應力的減小，如圖2所示；當注入電流小于300mA時，由電磁場產生的壓應力小于發(fā)光二極管的壓應力減少的幅度，發(fā)光二極管的多量子阱受到的壓應力呈下降趨勢；當注入電流超過300mA時，由電磁場產生的壓應力大于發(fā)光二極管的壓應力減少的幅度，發(fā)光二極管的多量子阱受到的壓應力呈上升趨勢。上升的壓應力可以提高發(fā)光二極管的o光比例和量子阱的載流子躍遷復合效率，提升發(fā)光效率和改善efficiency droop。

以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明，本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修飾和變動，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應視權利要求書范圍限定。