一种超表面结构及半导体器件的制作方法

本申请涉及半导体，具体涉及一种超表面结构及半导体器件。

背景技术：

1、随着ai（人工智能）技术的蓬勃发展，ar（增强现实）被认为是替代手机成为更为便捷地人工智能交互与信息处理的重要平台，而能满足ar应用的高分辨率高亮度小体积微显示技术成为行业急迫需要攻关的难题。micro led凭借天然的高效率和高亮度高集成度被寄予厚望，目前高达6000ppi百万尼特亮度的绿色micro led已被各智能眼镜终端厂商青睐应用于其新产品中。为了高分辨率并进行全彩显示，可以对micro led进行光束的提取与准直，micro lens（透镜）是目前ar显示中必需的光学准直结构，通过光刻回流或刻蚀方法，形成微纳凸透镜阵列，可将光学效率提升一倍以上，半宽发散角控制在30°以内。

2、然而，当micro led尺寸微缩到微米量级后，micro led会出现准直效果不佳的问题，进而导致micro led发生光学串扰。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：

2、外延叠层，所述外延叠层包括依次层叠设置的第一半导体层、发光层、第二半导体层、电极层；

3、多个第一透镜单元，设置于所述第一半导体层背离所述发光层的一侧；

4、第一平台层，设置于所述多个第一透镜单元背离所述第一半导体层的一侧，所述第一平台层覆盖所述多个第一透镜单元，并且，所述第一平台层填充所述多个第一透镜单元之间的间隙；

5、多个第二透镜单元，设置于所述第一平台层背离所述多个第一透镜单元的一侧，所述第二透镜单元与所述第一透镜单元一一对应，所述第二透镜单元的折射率小于所述第一透镜单元的折射率；

6、驱动层，设置于所述电极层背离所述第二半导体层的一侧，并与所述电极层连接。

7、其中，所述多个第一透镜单元为全介电超表面透镜单元，所述全介电超表面透镜单元为纳米鳍结构；

8、所述纳米鳍结构的相位分布的表示方式可以为：

9、

10、其中，为所述纳米鳍结构的空间相位分布函数，为自由空间波长，为所述纳米鳍结构所在平面的x轴坐标，为所述纳米鳍结构所在平面的y轴坐标，为所述纳米鳍结构的焦距。

11、其中，所述第一透镜单元的底部与所述第一半导体层的表面齐平。

12、其中，所述第二透镜单元投影至所述第一半导体层的面积小于所述第一透镜单元投影至所述第一半导体层的面积。

13、其中，所述多个第二透镜单元的材料为二氧化硅、氧化铝、有机胶材中的任意一种；

14、所述多个第二透镜单元为超表面透镜结构，所述第二透镜单元与对应的所述第一透镜单元沿出光方向同轴设置。

15、本申请实施例还提供了一种超表面结构，该超表面结构应用于如上任一项所述的第一透镜单元和第二透镜单元。

16、本申请实施例还提供了一种半导体器件的制备方法，该方法包括：

17、提供外延叠层，所述外延叠层包括依次层叠设置的缓冲层、第一半导体层、发光层、第二半导体层、电极层；

18、对所述缓冲层进行刻蚀，形成多个第一透镜单元；

19、在所述多个第一透镜单元背离所述第一半导体层的一侧，沉积第一平台层，其中，所述第一平台层覆盖所述多个第一透镜单元，并且，所述第一平台层填充所述多个第一透镜单元之间的间隙；

20、在所述第一平台层背离所述多个第一透镜单元的一侧，沉积第一透镜材料，并对所述第一透镜材料进行刻蚀，得到多个第二透镜单元，其中，所述第二透镜单元与所述第一透镜单元一一对应，所述第一透镜材料的折射率小于所述缓冲层的折射率；

21、提供驱动层，并将所述电极层与所述驱动层进行连接，形成半导体器件。

22、其中，所述多个第一透镜单元为全介电超表面透镜单元，所述全介电超表面透镜单元为纳米鳍结构。

23、其中，对所述第一透镜材料进行刻蚀，得到多个第二透镜单元之后，还包括：

24、在所述第二透镜单元背离所述第一平台层的一侧，依次沉积至少一层第二平台层，并在每层所述第二平台层上沉积第二透镜材料，并对所述第二透镜材料进行刻蚀，形成对应数量的第三透镜单元。

25、其中，各层的第三透镜单元沿出光方向一一对应设置，且各层的第二透镜材料的折射率沿出光方向逐层降低，各层的第三透镜单元投影至所述第一半导体层的面积沿出光方向逐层降低。

26、其中，所述外延叠层包括多个不同发光波长的子像素发光单元，每个所述子像素发光单元对应一组所述第一透镜单元和所述第二透镜单元；

27、各组所述第一透镜单元和所述第二透镜单元的结构参数，分别与对应的子像素发光单元的发光波长相匹配。

28、本申请的有益效果是：

29、在提供包括依次层叠设置的缓冲层、第一半导体层、发光层、第二半导体层、电极层的外延叠层后，先通过对缓冲层刻蚀形成多个第一透镜单元，通过多个第一透镜单元，可对发光层出射的光线进行第一次会聚准直，初步压缩光束发散角，减少大角度出射的光线；随后在多个第一透镜单元背离第一半导体层的一侧，沉积第一平台层，沉积的第一平台层覆盖第一透镜单元并填充单元间的间隙，能够阻断光线在透镜单元间隙处的横向传播与漫反射，减少横向串扰的传播路径；在第一平台层背离多个第一透镜单元的一侧沉积第一透镜材料，并对第一透镜材料进行刻蚀得到多个第二透镜单元，第二透镜单元与第一透镜单元一一对应、且折射率小于缓冲层，可以形成双层级联的透镜准直结构，对经过第一次准直的光线进行二次会聚准直，进一步收束光束发散角，同时由缓冲层到第一平台层、第二透镜单元形成的折射率渐变结构，能够降低界面处的全反射效应，提升正向光提取效率，抑制大角度斜射与横向传播的光线，由此改善micro led的准直效果，减少因大角度发散光线入射相邻像素而产生的光学串扰问题。

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一透镜单元的底部与所述第一半导体层的表面齐平。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第二透镜单元投影至所述第一半导体层的面积小于所述第一透镜单元投影至所述第一半导体层的面积。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：

6.一种超表面结构，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的第一透镜单元和第二透镜单元。

7.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要7所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述多个第一透镜单元为全介电超表面透镜单元，所述全介电超表面透镜单元为纳米鳍结构。

9.根据权利要求7所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，对所述第一透镜材料进行刻蚀，得到多个第二透镜单元之后，还包括：

10.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，各层的第三透镜单元沿出光方向一一对应设置，且各层的第二透镜材料的折射率沿出光方向逐层降低，各层的第三透镜单元投影至所述第一半导体层的面积沿出光方向逐层降低。

11.根据权利要求7所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：