[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

说明书

本发明公开了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。首先对Micro‑LED器件的蓝宝石、Si或SiC衬底进行减薄处理，在背面外延生长金刚石材料，在生长面外延生长图形化金刚石阵列，然后在图形化金刚石阵列上外延生长Micro‑LED器件的各结构，并进行器件后工艺流程至封装结束，得到强导热、高功效Micro‑LED器件。金刚石材料的引入显著提高了器件的导热性能，进而提升器件的发光效率，改善器件的通信性能。本发明采用的处理方式具有工艺稳定、可行性强、设备简单易操作等优点，适合产业化生产。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，具体涉及一种利用图形化金刚石材料改善Micro-LED通信性能的方法。

背景技术

Micro-LED作为下一代显示技术，在新型微显示器件、AR/VR、可见光通信等领域有着广泛应用前景。其中针对可见光通信应用，高数据传输速率需要较高的输出光功率，因此需要较高的注入电流密度，除降低器件量子限制斯塔克效应提高输出功率以外，器件自身的导热性能也是一个非常重要的考虑因素。尤其在Micro-LED高集成化和微型化的基础上，器件散热问题更应该引起大家的关注。目前产业化领域，Micro-LED器件集成在蓝宝石衬底或Si衬底上，但是蓝宝石衬底的导热性能约为25W/(m·K)，Si衬底的导热性能约为130W/(m·K)，因此散热性能较差。此外，SiC衬底具有优良的热学、化学和电学性质，与III-V族材料具有更小的晶格失配，且导热性能约为490W/(m·K)，是制备Micro-LED器件最佳衬底之一，但是价钱昂贵。因此器件制备采用蓝宝石衬底和Si衬底较为普遍。金刚石材料是自然界中热导率最高的物质，热导率约为2200W/(m·K)，此外还具有优异的力学、声学、光学、电学和化学性质，使其在高功率光电器件散热问题上具有明显优势，这也表明了金刚石在散热领域具有巨大的应用潜力。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种图形化金刚石材料处理Micro-LED器件衬底的方法，主要目的在于改善Micro-LED器件散热特性，进而提升器件发光效率，改善通信性能。

本发明的技术方案是：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100～150μm；

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；

6)在图形化金刚石阵列上依次外延生长Micro-LED器件的各结构，制备Micro-LED。

在步骤1)中，选择蓝宝石、Si或SiC衬底，首先进行化学清洗，蓝宝石衬底可选择常规甲苯、丙酮、乙醇和去离子水清洗；Si或SiC衬底，可以先采用HF清洗(浓度5％～10％)，除去表面氧化层，随后进行去离子水清洗，最后进行甲苯、丙酮、乙醇和去离子水清洗，以上清洗后均用氮气吹干。对清洗后的衬底进行背面减薄处理可以采用两种方案，第一种方案：直接将衬底表面通过融化的蜡黏附在研磨样品台上，减薄后进行除蜡清洗；第二种方案：首先在衬底表面沉积2～5μm光刻胶并进行加热固化处理，随后将衬底黏附光刻胶的表面通过融化的蜡粘附在研磨样品台上，减薄后进行除胶清洗即可。对衬底背面进行减薄但不进行抛光处理，目的是增强后续金刚石与衬底间的粘附力，衬底厚度减薄至100～150μm。