[发明专利]一种氮化物LED的制备与无损界面分离方法

说明书

本发明公开了一种氮化物LED的制备与无损界面分离方法。本发明采用原子辐照技术，改性在透明衬底上的二维原子晶体层，得到辐照区，在改性后的二维原子晶体层制备氮化物LED结构，再通过金属功能层固化支撑基板，从透明衬底背面入射可见光激光，定向破坏二维原子晶体层的辐照区，得到从透明衬底上分离出来的氮化物LED结构、金属功能层和支撑基板的整体结构；本发明能够实现界面无损分离，透明衬底的重复使用，与氮化物LED和Micro‑LED的外延与加工工艺兼容，应用于晶圆级氮化物LED和微米级Micro‑LED阵列的制造与分离，无需预置氮化物牺牲层，无需额外磨抛工艺；本发明节能环保、工艺简单并适于批量生产。

技术领域

本发明涉及半导体发光器件的制备技术，具体涉及一种氮化物LED的制备与无损界面分离方法。

背景技术

纤锌矿结构氮化物半导体具有直接带隙能带结构，禁带宽度大范围连续可调且载流子复合效率高，是制备紫外及可见光发光二极管（LED）、微型发光二极管（Micro-LED）的优选材料体系，在固态照明、智能显示、感知探测、生物医学等领域具有重要应用。

氮化物LED通常异质外延制备于蓝宝石衬底上，氮化物和蓝宝石在界面处采用共价键形式强耦合，业界主要采用紫外激光烧蚀底层氮化镓（GaN）的形式剥离上层氮化物外延结构以制备柔性发光器件、可穿戴发光器件及Micro-LED显示芯片。该技术路线存在两方面的弊端，其一是需要预置100 nm~1000 nm厚的GaN牺牲层，通过牺牲层吸收波长短于365nm的紫外激光后热分解的形式分离上层外延结构氮化物，存在材料浪费、成品率低的问题；其二是氮化物外延结构剥离面表面粗糙且存在镓金属残余，需要对几微米厚的剥离氮化物外延结构进行额外的磨抛、清洗等处理，工序复杂、工艺难度大。如果在氮化物外延结构和蓝宝石衬底间引入二维材料过渡层，则可以形成氮化物外延结构/二维材料过渡层/蓝宝石衬底弱耦合界面，通过物理分离法破坏弱耦合界面并实现蓝宝石衬底和氮化物外延结构的界面分离，但是该方法存在分离氮化物外延结构尺寸和界面质量受限、与氮化物LED及Micro-LED产线工艺不兼容、不适于批量生产等问题。

发明内容

为了克服以上现有技术的不足，本发明提出了一种氮化物LED的制备与无损界面分离方法。

本发明的氮化物LED的制备与无损界面分离方法，包括以下步骤：

1) 制备二维原子晶体模板：

a) 提供透明衬底，在透明衬底的背面开设圆环形的边缘分割槽，在透明衬底的正面形成二维原子晶体层，二维原子晶体层能够在氮化物外延温度区间稳定存在，二维原子晶体层的层与层之间采用纯范德华力连接，为层状结构；

b) 采用电子束曝光与电子束蒸发技术在二维原子晶体层的表面形成亚微米图形掩膜，亚微米图形掩膜上具有多个二维周期性排列的圆形通孔，圆形通孔的深度与亚微米图形掩膜的厚度一致；

c) 采用原子辐照技术，改性二维原子晶体层：

利用等离子体源发射出辐照原子轰击具有亚微米图形掩膜的二维原子晶体层，改性亚微米图形掩膜的圆形通孔下方的二维原子晶体层相应的区域，得到辐照区，辐照区的层与层之间为范德华力与共价键混合的形式连接，共价键由辐照原子参与形成，辐照区从层状结构改性为框架结构；其他二维原子晶体层区域没有被辐照原子轰击，称为非辐照区，依旧保持层与层之间为范德华力连接的层状结构，形成二维原子晶体模板，二维原子晶体模板包括透明衬底和改性后的二维原子晶体层，改性后的二维原子晶体层的辐照区具有框架结构；

2) 制备氮化物LED结构：

a) 控制温度和束流中III族源与氨气的流量比，在二维原子晶体模板上沉积p型氮化物，二维原子晶体层中的非辐照区不具有作为氮化物成核位点的不饱和的共价键，不能沉积p型氮化物，只在具有不饱和的共价键的辐照区能够沉积p型氮化物，从而在二维原子晶体模板上形成p型氮化物微米柱阵列；