[发明专利]一种单片集成三端电压调控发光器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单片集成三端电压调控发光器件，属于半导体器件技术领域，包括衬底，还包括：垂直结构的发光二级管和垂直场效应晶体管；所述的发光二级管设有正电极，所述的垂直场效应晶体管设有源电极和栅电极；所述的发光二级管和垂直场效应晶体管在所述衬底的上方并列设置且发光二级管和垂直场效应晶体管之间设有隔断部；所述的发光二极管与垂直场效应晶体管具有提供两者之间电学连接的共同的n型半导体导电层。本发明的一种单片集成三端电压调控发光器件具有体积小、控制精确、兼容性好的特点。本发明还公开了一种单片集成三端电压调控发光器件的制备方法，具有制备过程简单可靠的特点。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，更具体地说，尤其涉及一种单片集成三端电压调控发光器件。本发明还涉一种单片集成三端电压调控发光器件的制备方法。

背景技术

GaN(氮化镓)被用于制备蓝光发光二极管(LED)，具有高亮度、高能效、使用寿命长和响应速度快等优点，为照明应用带来了革命性的改变。然而，LED是电流控制器件，其外围驱动控制电路结构相对复杂且大多是由分立电子元器件构建的(主要包括交流-直流转换电路，电流源和脉冲带宽调制电路等)，体积相对较大，并且会引入较高的寄生电阻、电容和电感等参数，工作频率和效率等性能还远没有达到最优，极大的制约着LED在可见光通讯和微显示等领域的发展和实用化，例如可见光通讯系统数据传输速率的提升受到了现有LED模块工作频率低的限制；其次，LED在消费电子、可穿戴设备等新型微显示系统中的应用也对其外围驱动控制电路提出了许多新的要求，例如单像素点独立控制、更快的驱动速度、高能效以及微型化和集成化等。

GaN基场效应晶体管具有电流密度大，击穿电压高，开关频率快等许多卓越的电学性能，能够极好的满足高性能LED驱动控制系统对开关器件的需求。通过在GaN基LED芯片上制备出构建LED驱动控制电路所需的GaN场效应晶体管器件，可以把传统LED由电流控制器件转变为压控器件，改善LED的控制和调光(Dimming)模式，从而可以简化驱动电路和系统设计复杂度，大幅度缩小系统体积、降低寄生参数、简化封装结构、提高系统的运行频率和能效。专利文献1[中国专利申请公开号CN106549031A]和专利文献2[中国专利申请公开号CN 105914218A]分别提出了单片集成LED和GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的策略，但是由于LED是垂直结构器件，而HEMT是横向结构器件，二者的兼容性差，集成工艺的复杂度很高。

发明内容

本发明的前一目的在于提供一种单片集成三端电压调控发光器件，具有体积小、控制精确、兼容性好的特点。

本发明的另一目的在于提供一种单片集成三端电压调控发光器件的制备方法，具有制备过程简单可靠的特点。

本发明的前一技术方案如下：

一种单片集成三端电压调控发光器件，包括衬底，还包括：垂直结构的发光二级管和垂直场效应晶体管；所述的发光二级管设有正电极，所述的垂直场效应晶体管设有源电极和栅电极；所述的发光二级管和垂直场效应晶体管在所述衬底的上方并列设置且发光二级管和垂直场效应晶体管之间设有隔断部；所述的发光二极管与垂直场效应晶体管具有提供两者之间电学连接的共同的n型半导体导电层。

进一步的，所述的垂直场效应晶体管自下而上至少依次包括n型半导体导电层、多量子阱发光层、p型半导体导电层和n型半导体接触层，所述的源电极位于n型半导体接触层上，所述各层中设有栅凹槽，所述的栅电极位于该栅凹槽内且槽壁设有将所述栅电极绝缘隔离的栅介质层。

进一步的，所述的栅凹槽纵向延伸，贯穿所述多量子阱发光层、p型半导体导电层和n型半导体接触层，到达n型半导体导电层上部。

进一步的，所述的发光二级管自下而上至少依次包括n型半导体导电层、多量子阱发光层、p型半导体导电层和电流扩展层，所述的正电极位于所述电流扩展层上。