GaN基光电器件的中间结构及制备方法

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种gan基光电器件的中间结构及制备方法。

背景技术：

1、微型发光二极管（micro-led）是像素点为微米级的led，其像素尺寸不超过100μm，micro-led像素点通过在单个芯片上与驱动电路集成实现自发光。相比于lcd与oled等其他显示方式，micro-led具有高分辨、低功耗、响应快、高可靠性等优势，在可穿戴设备、光通信、高分辨显示等应用领域具有广泛的应用前景。

2、gan是直接宽带隙化合物半导体材料，具有良好的电学、光学性能。由于gan晶格常数较大，与其他半导体存在晶格失配现象，gan的异质外延受到损害，导致较大的位错密度，从而降低材料质量。近些年来，由于缺乏成本低廉、性能良好的同质衬底，商业化的gan基led常在蓝宝石衬底或碳化硅衬底上进行外延生长。相比之下，蓝宝石衬底更为产业界所看好，因为碳化硅衬底对光的高吸收率，极大程度上影响了大功率发光器件的发展。然而由于蓝宝石衬底与gan之间存在较大的晶格失配、热失配现象，因此需要采用薄膜micro-led，这就需要将micro-led的衬底与外延层分离。目前人们经常使用的方法为激光剥离，通过高能量激光的集中照射gan外延薄膜与蓝宝石衬底的接触区域，gan晶体迅速升温气化，在与蓝宝石界面处出现受热分解，生成氮气和金属镓液滴，实现了gan基micro-led薄膜从衬底上剥离下来。但是由于激光剥离过程中会产生瞬间热能很难由导热性不好的衬底散发出去，再加上激光剥离的剥离表面不平整，使得衬底与外延的较大晶格失配，产生更大的缺陷，影响晶体质量，从而降低发光效率，而且激光剥离的成本较高，工艺复杂度高。

技术实现思路

1、发明目的：提供一种gan基光电器件的中间结构及制备方法，以解决现有技术存在的上述问题。

2、技术方案：根据本申请的一个方面，提供一种gan基光电器件的中间结构，包括：

3、在制作过程中形成于gan基光电器件的中间结构与刚性基底之间，在制作完成后通过腐蚀性液体刻蚀掉的介质牺牲层；

4、所述光电器件为micro-led或hemt器件。

5、根据本申请的一个方面，所述介质牺牲层位为氧化铝、氧化硅、氮化硅或氧化镓层。

6、根据本申请的另一个方面，提供一种制备上述技术方案所述的gan基光电器件的方法，包括如下步骤：

7、s1、制备衬底；

8、s2、在所述衬底的一侧沉积介质牺牲层；

9、s3、在所述介质牺牲层的一侧制作光电器件结构；

10、s4、采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述介质牺牲层；

11、s5、对光电器件进行剥离和转移。

12、根据本申请的一个方面，所述步骤s2进一步为：采用原子层沉积工艺在衬底的一侧沉积介质牺牲层。

13、根据本申请的一个方面，所述步骤s4进一步为：采用boe溶液刻蚀所述介质牺牲层。

14、根据本申请的一个方面，所述步骤s3进一步为：

15、步骤s31、在所述介质牺牲层上方，通过movcd工艺，沉积光电器件的外延层；

16、步骤s32、在所述外延层上，通过光刻、电子束直写或掩膜版方法定义光电器件的发光区域或台阶边缘；

17、步骤s33、采用刻蚀工艺形成光电器件的发光体。

18、根据本申请的一个方面，所述步骤s5进一步为：

19、步骤s51、经获得的光电器件结构转移至临时基板上；

20、步骤s52、将临时基板与光电器件分离，并利用对准技术将光电器件转移至柔性基板上。

21、根据本申请的一个方面，所述衬底包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镓和氧化锌。

22、根据本申请的一个方面，柔性基板为聚合物基板、超薄玻璃基板、金属材料基板、纸质基板或生物复合薄膜基板。

23、根据本申请的一个方面，所述介质牺牲层为氧化铝层，厚度为30nm~60nm光电器件为micro-led或hemt器件。

24、根据本申请的一个方面，所述步骤s4还包括：采用anchor结构固定光电器件。

25、根据本申请的一个方面，采用原子层沉积工艺时反应温度为250℃，tma脉冲时间为0.03s，前驱体吹扫时间为60s。

26、有益效果

27、1. 本发明提供一种含有介质牺牲层的gan基micro-led制备方法，工艺操作简单，成本低。

28、2. 本发明的原理是腐蚀性液体对牺牲层的选择性侧向刻蚀，刻蚀过程中刻蚀液不会对mqw等其他的正常结构层产生影响，因此不会影响micro-led的出光效率，同时也不会影响hemt的电学特性。

29、3. 本发明的原理是腐蚀性液体对牺牲层的均匀侧向刻蚀，刻蚀过程中牺牲层可以较好的被刻蚀液体刻蚀，刻蚀表面只存在原有的由于掺杂等因素影响的缺陷，不会带来新的不平整。

技术特征：

1. gan基光电器件的中间结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的gan基光电器件的中间结构，其特征在于，所述介质牺牲层为氧化铝、氧化硅、氮化硅或氧化镓层。

3.制备权利要求1或2所述gan基光电器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s2进一步为：采用原子层沉积工艺在衬底的一侧沉积介质牺牲层。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s4进一步为：采用boe溶液刻蚀所述介质牺牲层。

6.如权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s3进一步为：

7.如权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s5进一步为：

8.如权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镓和氧化锌；

9.如权利要求2所述的gan基光电器件的中间结构，其特征在于，

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用原子层沉积工艺时反应温度为250℃，tma脉冲时间为0.03s，前驱体吹扫时间为60s。

技术总结
本发明公开了一种GaN基光电器件的中间结构及制备方法，所述方法包括制备衬底；在所述衬底的一侧沉积介质牺牲层；在所述介质牺牲层的一侧制作光电器件结构；采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述介质牺牲层；对光电器件进行剥离和转移。本发明至少有利于无损伤剥离柔性GaN基Micro‑LED或HEMT的光电器件结构。

技术研发人员：庄喆,李晨雪,刘斌,陶涛
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15