[发明专利]一种利用图形化金刚石材料改善Micro-LED通信性能的方法及器件

权利要求书

1.一种改善Micro-LED器件通信性能的方法，包括如下步骤：

1) 对蓝宝石、Si或SiC衬底背面进行减薄处理，将衬底厚度减薄至100~150 µm；

2) 在衬底生长面沉积厚度为100~200nm 的SiO₂保护层；

3) 在衬底背面沉积厚度为20~50µm的金刚石材料；

4) 去除衬底生长面的SiO₂保护层；

5) 在衬底生长面通过掩膜方式沉积图形化金刚石阵列，然后进行除胶处理，所述图形化金刚石为圆锥形或圆柱形，底面直径为2~5 µm，高度为2~3 µm，相邻间距为2~5 µm；

6) 在图形化金刚石阵列上依次外延生长AlN缓冲层、u-GaN外延层、n型电子提供层、n型电子传输层、晶格过渡层、量子阱发光层、spacer外延层、电子阻挡层、p型空穴注入层、p型欧姆接触层，制备Micro-LED；其中，所述spacer外延层是与所述量子阱发光层中的量子垒材料及生长参数相同的外延层；所述p型空穴注入层为复合p型空穴注入层，包括10~15个生长周期的p-AlGaN/p-GaN超晶格结构和60~75 nm厚度的极化诱导p-AlGaN层，其中p-AlGaN/p-GaN超晶格结构的Al组分可调范围为20%~30%，极化诱导p-AlGaN层的Al组分自下而上由30%~35%线性渐变至0%。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）首先对衬底进行化学清洗，然后对清洗后的衬底进行背面减薄处理，但不进行抛光处理；减薄后将衬底清洗干净，用氮气吹干。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）在衬底背面通过MPCVD沉积20~50 µm金刚石材料，然后进行清洗，并用氮气吹干；步骤4）通过BOE溶液将衬底生长面SiO₂保护层及少量附着金刚石材料清洗干净。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5）中，首先沉积100~200 nm厚的光刻胶，然后进行固化，利用掩模板进行曝光处理，形成直径为2~5 µm的圆形图案，相邻圆形边缘间距为2~5 µm，随后进行显影，去除圆形图案区域内的光刻胶漏出衬底面，接着通过MPCVD沉积金刚石材料，通过控制腔室压力、温度和气体流量比生长圆锥形金刚石阵列；或者，首先沉积2~3 µm厚的光刻胶，然后进行固化，利用掩模板进行曝光处理，形成直径为2~5µm的圆形图案，相邻圆形边缘间距为2~5 µm，随后进行显影，去除圆形图案区域内的光刻胶漏出衬底面，接着通过MPCVD沉积金刚石材料，得到高度与光刻胶厚度一致的圆柱形金刚石阵列。

5.一种Micro-LED器件，采用蓝宝石、Si或SiC衬底，其特征在于，所述衬底厚度为100~150 µm，在衬底背面沉积有厚度为20~50µm的金刚石材料，在衬底生长面沉积有圆锥形或圆柱形的金刚石阵列，Micro-LED器件的各结构位于圆锥形或圆柱形的金刚石阵列上；其中，对于圆锥形金刚石阵列，圆锥形的底面直径为2~5 µm，高度为2~3 µm，相邻圆锥形间距为2~5 µm；对于圆柱形的金刚石阵列，圆柱形的底面直径为2~5 µm，高度为2~3 µm，相邻圆柱形间距为2~5 µm；在圆锥形或圆柱形的金刚石阵列上从下到上依次层叠AlN缓冲层、u-GaN外延层、n型电子提供层、n型电子传输层、晶格过渡层、量子阱发光层、spacer外延层、电子阻挡层、p型空穴注入层、p型欧姆接触层，其中所述spacer外延层是与所述量子阱发光层中的量子垒材料及生长参数相同的外延层；所述p型空穴注入层为复合p型空穴注入层，包括10~15个生长周期的p-AlGaN/p-GaN超晶格结构和60~75 nm厚度的极化诱导p-AlGaN层，其中p-AlGaN/p-GaN超晶格结构的Al组分可调范围为20%~30%，极化诱导p-AlGaN层的Al组分自下而上由30%~35%线性渐变至0%。