本发明公开了一种基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件及其制造方法，实现载体为蓝宝石衬底氮化物晶片和绝缘体上硅（SOI）晶片，蓝宝石衬底氮化物晶片包括顶层氮化物和位于顶层氮化物下部的蓝宝石衬底层，蓝宝石衬底层通过激光剥离技术将其剥离，顶层氮化物和镍/金电极构成阵列式微LED器件，SOI晶圆片顶层设置有MEMS扫描微镜，并通过阳极键合技术将扫描微镜与微LED集成，本发明在MEMS微镜上集成了阵列式微LED，可以做可见光通信或显示用的光源，也可以在可见光通信里作为光电接收模块。
1.一种基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件，其特征在于，包括作为载体的蓝宝石衬底氮化物晶片和SOI晶片，所述蓝宝石衬底氮化物晶片包括蓝宝石衬底层和位于所述蓝宝石衬底层上方的顶层氮化物，所述蓝宝石衬底层通过激光剥离技术将其剥离，顶层氮化物和镍/金电极构成阵列式微LED器件，所述SOI晶片顶层设置有MEMS扫描微镜，以微LED器件的正负电极和扫描微镜的正负电极作为键合点，利用阳极键合技术将制备好阵列式微LED器件的蓝宝石衬底氮化物晶片键合在制备好扫描微镜的SOI晶片上；微镜镜面由两根扭转梁固定，镜面下是供微镜活动的空腔，镜面的两侧为垂直梳齿结构，其中梳齿分为固定梳齿和可动梳齿，固定梳齿固定在衬底上，而可动梳齿和镜面为一体，当在可动梳齿和固定梳齿之间加上静电时，可动梳齿就会在静电力的作用下向下运动，带动扭转梁扭转，从而镜面发生扭转，通过扫描微镜控制阵列式微LED器件出射光的照射方向，从而调节微LED器件的空间覆盖范围，可用于可见光通信或照明显示用的可调光源。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件，其特征在于，所述蓝光微LED为独立的阵列式LED器件。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件，其特征在于，所述正电极和负电极均为镍/金电极。
4.一种如权利要求1‑3中任一项所述微LED器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）选取外延生长氮化物层的蓝宝石衬底晶片，其结构从下至上依次包含蓝宝石衬底、缓冲层、N型GaN层、量子阱层和P型GaN层；
步骤（2）在蓝宝石衬底氮化物晶片的顶层氮化物上表面进行光学光刻定义LED发光区域，并进行三五族反应离子刻蚀，暴露出用于制备负电极的LED层中的N型氮化物材料区域；
步骤（3）在蓝宝石衬底氮化物晶片的顶层氮化物上表面进行光学光刻定义整个微LED器件的区域，并进行三五族反应离子刻蚀至蓝宝石衬底，分离出独立的微LED器件；
步骤（4）在蓝宝石衬底氮化物晶片的顶层氮化物上表面进行光学光刻，定义阵列式LED器件的正负电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/金复合金属层；
步骤（5）使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/金复合金属层进行剥离，获得阵列式LED器件的正负电极；
步骤（6）在SOI晶片的顶层硅上表面进行电子束光刻，定义MEMS扫描微镜的图形结构；
步骤（7）采用反应离子刻蚀技术，利用图形化的电子束光刻胶层作为掩模，刻蚀SOI晶片的顶层硅，得到MEMS扫描微镜的结构；
步骤（8）在SOI晶片的顶层硅上表面进行光学光刻，定义MEMS扫描微镜的正负电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积铝/金复合金属层；
步骤（9）使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/金复合金属层进行剥离，获得MEMS扫描微镜的正负电极；
步骤（10）以微LED器件的正负电极和扫描微镜的正负电极作为键合点，利用阳极键合技术将制备好阵列式微LED器件的蓝宝石衬底氮化物晶片键合在制备好扫描微镜的SOI晶片上；
步骤（12）利用氢氟酸气体刻蚀工艺去除SOI晶片顶层硅下方的二氧化硅牺牲层，释放扫描微镜。
5.根据权利要求4所述的微LED器件的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中通过如下方式定义LED器件正负电极的图形结构：采用电子束蒸镀技术沉积镍/金复合金属层，并使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中进行剥离，获得可作为键合点的LED器件正负电极的图形结构。
6.根据权利要求4所述的微LED器件的制备方法，其特征在于，所述步骤（8）和步骤（9）中通过如下方式定义键合点：采用电子束蒸镀技术沉积铝/金复合金属层，并使用有机丙酮在超声清洗环境中进行剥离，获得可作为键合点的MEMS扫描微镜正负电极的图形结构。
基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件及其制
备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种LED器件，具体的说是一种微LED器件制备方法，属于信息材料与器件技术领域。
背景技术
[0002] LED光源作为冷光源, 无论在工作电压、能耗、照度、工作寿命等方面, 相比传统荧光灯、白炽灯来说具有很大优势。基于每日六小时电能用量计算, 考虑灯泡成本、使用寿
命和电费, LED灯与白炽灯、卤素灯、节能灯相比, 二十年总开支最低。而且照明时间越长,
LED光源在成本上的优势越明显。LED灯作为一种新型的照明光源, 有节能、健康、环保及使
用寿命长等特点。
[0003] 可见光通信是基于LED器件的无线光通信技术，利用其输出光功率和驱动电流的高速响应特性，以可见光作为信息载体，实现无线通信。可见光通信技术绿色低碳、可实现
近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获
的安全信息空间。在可见光的频谱范围内，蓝光波段具有更短的波长和更宽的光谱频段。
[0004] LED器件可用于智能照明，并用于可见光通信发射光信号的光源器件，是智能照明系统的关键器件。
[0005] 微纳加工技术融合机械、光、电、磁等技术为一体的微机电系统（Micro–Elcetro‑Mechanical‑Systems，MEMS）是近几十年兴起的研究热点领域。由于其具有功耗低、体积小、
灵敏度高等特点，被广泛应用于航空航天、生物医学、微探头和环境监测等领域。微光机电
系统（MOEMS）是光学与微机电技术结合而产生的MEMS技术的一项重要分支，其中光学MEMS
传感器在微光机电系统中实现信息获取、信息处理以及信息执行等多种功能。目前，制约可
见光无线通信技术应用的一大瓶颈是收发端和信号处理模块的小型化和微型化。单片集成
LED光源和MEMS扫描微镜，可以控制LED器件出射光的覆盖范围的发射方向，从而调控可见
光无线通信覆盖范围，也可以应用于自适应的智能照明技术。利用MEMS扫描微镜与阵列式
蓝光微LED所集成的芯片，可以为发展智能照明和可见光无线通信的微型化集成器件奠定
基础。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件，可以做可见光通信或照明显示用的光源；也可以在可见光通信里作为光电接收模块。
[0007] 本发明的目的是这样实现的：一种基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件，包括作为载体的蓝宝石衬底氮化物晶片和SOI晶片，所述蓝宝石衬底氮化物晶片
包括蓝宝石衬底层和位于所述蓝宝石衬底层上方的顶层氮化物，所述蓝宝石衬底层通过激
光剥离技术将其剥离，顶层氮化物和镍/金电极构成阵列式微LED器件，所述SOI晶片顶层设
置有MEMS扫描微镜，以微LED器件的正负电极和扫描微镜的正负电极作为键合点，利用阳极
键合技术将制备好阵列式微LED器件的蓝宝石衬底氮化物晶片键合在制备好扫描微镜的
SOI晶片上；微镜镜面由两根扭转梁固定，镜面下是供微镜活动的空腔，镜面的两侧为垂直
梳齿结构，其中梳齿分为固定梳齿和可动梳齿，固定梳齿固定在衬底上，而可动梳齿和镜面
为一体，当在可动梳齿和固定梳齿之间加上静电时，可动梳齿就会在静电力的作用下向下
运动，带动扭转梁扭转，从而镜面发生扭转，通过扫描微镜控制阵列式微LED器件出射光的
照射方向，从而调节微LED器件的空间覆盖范围，可用于可见光通信或照明显示用的可调光
源。
[0008] 作为本发明的进一步限定，所述蓝光微LED为独立的阵列式LED器件。
[0009] 作为本发明的进一步限定，所述正电极和负电极均为镍/金电极。
[0010] 一种基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件的制备方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤（1）选取外延生长氮化物层的蓝宝石衬底晶片，其结构从下至上依次包含蓝宝石衬底、缓冲层、N型GaN层、量子阱层和P型GaN层；
[0012] 步骤（2）在蓝宝石衬底氮化物晶片的顶层氮化物上表面进行光学光刻定义LED发光区域，并进行三五族反应离子刻蚀，暴露出用于制备负电极的LED层中的N型氮化物材料
区域；
[0013] 步骤（3）在蓝宝石衬底氮化物晶片的顶层氮化物上表面进行光学光刻定义整个微LED器件的区域，并进行三五族反应离子刻蚀至蓝宝石衬底，分离出独立的微LED器件；
[0014] 步骤（4）在蓝宝石衬底氮化物晶片的顶层氮化物上表面进行光学光刻，定义阵列式LED器件的正负电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/金复合金属层；
[0015] 步骤（5）使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/金复合金属层进行剥离，获得阵列式LED器件的正负电极；
[0016] 步骤（6）在SOI晶片的顶层硅上表面进行电子束光刻，定义MEMS扫描微镜的图形结构；
[0017] 步骤（7）采用反应离子刻蚀技术，利用图形化的电子束光刻胶层作为掩模，刻蚀SOI晶片的顶层硅，得到MEMS扫描微镜的结构；
[0018] 步骤（8）在SOI晶片的顶层硅上表面进行光学光刻，定义MEMS扫描微镜的正负电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积铝/金复合金属层；
[0019] 步骤（9）使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/金复合金属层进行剥离，获得MEMS扫描微镜的正负电极；
[0020] 步骤（10）以微LED器件的正负电极和扫描微镜的正负电极作为键合点，利用阳极键合技术将制备好阵列式微LED器件的蓝宝石衬底氮化物晶片键合在制备好扫描微镜的
SOI晶片上；
[0021] 步骤（11）利用激光剥离技术将蓝宝石衬底剥离；
[0022] 步骤（12）利用氢氟酸气体刻蚀工艺去除SOI晶片顶层硅下方的二氧化硅牺牲层，释放扫描微镜。
[0023] 作为本发明的进一步限定，所述步骤（5）中通过如下方式定义LED器件正负电极的图形结构：采用电子束蒸镀技术沉积镍/金复合金属层，并使用有机试剂丙酮在超声清洗环
境中进行剥离，获得可作为键合点的LED器件正负电极的图形结构。
[0024] 作为本发明的进一步限定，所述步骤（8）和步骤（9）中通过如下方式定义键合点：采用电子束蒸镀技术沉积铝/金复合金属层，并使用有机丙酮在超声清洗环境中进行剥离，
获得可作为键合点的MEMS扫描微镜正负电极的图形结构。
[0025] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0026] LED作为照明技术的核心器件，具有节能环保、亮度高、低成本等优势。其中蓝光LED是实现白光照明的关键器件，并且由于蓝光具有高穿透性和宽频谱的特性，对可见光通
信技术的发展也有重要意义。随着智能照明和可见光通信技术的发展，要求光源能够实现
大空间的覆盖，并且能够自动调节光源照射的方向和空间范围；而单个LED器件出射光覆盖
的空间范围往往较小，而且其出射光的方向也是固定的。
[0027] 本发明包括作为载体的蓝宝石衬底氮化物与SOI晶片，蓝宝石衬底顶层氮化物与镍/金电极构成阵列式微LED，SOI晶片顶层设置有MEMS扫描微镜，以微LED器件的正负电极
和扫描微镜的正负电极作为键合点，利用阳极键合技术将制备好阵列式微LED器件的蓝宝
石衬底氮化物晶片键合在制备好扫描微镜的SOI晶片上。微镜镜面由两根扭转梁固定，镜面
下是供微镜活动的空腔。镜面的两侧为垂直梳齿结构，其中梳齿分为固定梳齿和可动梳齿。
固定梳齿固定在衬底上。而可动梳齿和镜面为一体，当在可动梳齿和固定梳齿之间加上静
电时，可动梳齿就会在静电力的作用下向下运动，带动扭转梁扭转，从而镜面发生扭转，通
过扫描微镜控制阵列式微LED器件出射光的照射方向。
[0028] 本发明的阵列式蓝光微LED器件键合在可动的扫描微镜上，可以自动调节单个或多个LED器件出射光的方向及出射光覆盖的空间范围；相较于传统的固定式LED器件，具有
更大的出射光覆盖范围及灵活性，特别是在作为室内可见光通信的信号源时，可以提供更
大的通信覆盖范围和通信速率。
附图说明
[0029] 图1为基于MEMS扫描微镜的单个蓝光微LED器件的俯视示意图。
[0030] 图2为基于MEMS扫描微镜的单个蓝光微LED器件的横截面示意图。
[0031] 图3为基于MEMS扫描微镜的阵列式蓝光微LED器件的示意图。
[0032] 图4为基于MEMS扫描微镜的阵列式蓝光微LED器件的制备流程图。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0034] 如图1‑3所示，本发明设计了基于MEMS扫描微镜的发射方向可控的蓝光微LED器件，实现载体为蓝宝石衬底氮化物晶片1和SOI晶片2，蓝宝石衬底氮化物晶片通过激光剥离
技术将蓝宝石衬底剥离，顶层氮化物和镍/金电极3构成阵列式微LED器件，SOI晶片2顶层设
置有MEMS扫描微镜4；
[0035] 蓝宝石衬底氮化物晶片1与SOI晶片2通过阳极键合技术键合连接；
[0036] 蓝宝石衬底氮化物晶片1通过激光剥离技术将蓝宝石衬底全部剥离，晶片顶层具有阵列式微LED；
[0037] SOI晶片2顶层具有MEMS扫描微镜4，在键合后在垂直方向上位于蓝宝石衬底氮化物晶片1顶层的LED蓝光发光器件下方；
[0038] 在具体实施场景中，集成了微LED和MEMS微镜的器件，在微镜上施加电压，微镜发生扭转，可以调整光束的出射角度，可以做为可见光通信或显示用的光源；也可以在可见光
通信里作为光电接收模块。
[0039] 如图4所示，本发明还设计了一种基于MEMS微镜的空间扫描式蓝光微LED的制备方法，包括如下具体步骤：
[0040] 步骤（1）选取外延生长氮化物层的蓝宝石衬底晶片1，其结构从下至上依次包含蓝宝石衬底、缓冲层、N型GaN层、量子阱层和P型GaN层；
[0041] 步骤（2）在蓝宝石衬底氮化物晶片1的顶层氮化物上表面进行光学光刻定义LED发光区域，并进行三五族反应离子刻蚀，暴露出用于制备负电极的LED层中的N型氮化物材料
区域；
[0042] 步骤（3）在蓝宝石衬底氮化物晶片1的顶层氮化物上表面进行光学光刻定义整个微LED器件的区域，并进行三五族反应离子刻蚀至蓝宝石衬底，分离出独立的微LED器件；
[0043] 步骤（4）在蓝宝石衬底氮化物晶片1的顶层氮化物上表面进行光学光刻，定义阵列式LED器件的正负电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/金复合金属层；
[0044] 步骤（5）使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/金复合金属层进行剥离，获得阵列式LED器件的正负电极；
[0045] 步骤（6）在SOI晶片2的顶层硅上表面进行电子束光刻，定义MEMS扫描微镜的图形结构；
[0046] 步骤（7）采用反应离子刻蚀技术，利用图形化的电子束光刻胶层作为掩模，刻蚀SOI晶片2的顶层硅，得到MEMS扫描微镜的结构；
[0047] 步骤（8）在SOI晶片2的顶层硅上表面进行光学光刻，定义MEMS扫描微镜的正负电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积铝/金复合金属层；
[0048] 步骤（9）使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/金复合金属层进行剥离，获得MEMS扫描微镜的正负电极；
[0049] 步骤（10）以微LED器件的正负电极和扫描微镜的正负电极作为键合点，利用阳极键合技术将制备好阵列式微LED器件的蓝宝石衬底氮化物晶片键合在制备好扫描微镜的
SOI晶片上；
[0050] 步骤（11）利用激光剥离技术将蓝宝石衬底剥离；
[0051] 步骤（12）利用氢氟酸气体刻蚀工艺去除SOI晶片2顶层硅下方的二氧化硅牺牲层，释放扫描微镜。
[0052] 以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在
本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
