[发明专利]衬底转移外延生长的HEMT与LED的单片集成方法及器件

说明书

本发明公开的衬底转移外延生长的HEMT与LED的单片集成方法，利用MOCVD在衬底上生长全结构HEMT之后，经选区刻蚀确定LED区，在特定区域生长n‑GaN，使之与HEMT的异质结相接触；在HEMT区制备源、栅电极后，进行衬底转移+并减薄刻蚀原衬底及部分缓冲层；然后在LED区外延生长多量子阱层和p‑GaN，形成垂直LED结构；最后通过开孔刻蚀的方法引出HEMT的源、栅电极，并在LED区制备p电极，实现HEMT与垂直LED的集成。本发明利用GaN HEMT高频率、高功率的优势，可将原本由电流驱动的LED转变为电压驱动，且内部无需电极互联，减小器件寄生电阻，可用于实现集成化、微型化、稳定的可见光通信系统。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及衬底转移外延生长的HEMT与LED的单片集成方法及器件。

背景技术

GaN基化合物半导体已广泛用于发光二极管(LED)和高电子迁移率晶体管(HEMT)等电力电子器件。发光二极管(LED)具有功耗低、亮度大、寿命长、易调制、响应速度快等优点，在公路照明，智能显示等领域受到了广泛的应用。GaN基HEMT凭借其优异的耐压、耐高温特性和具有高电子迁移率的二维电子气在功率器件和射频器件中受到重点关注。

基于传统Si基CMOS驱动的LED阵列系统十分复杂，元器件互联所引入的寄生电阻、电容、电感使器件的性能降低。AlGaN/GaN HEMT器件具有高击穿和低导通电阻的特性，利用其高频和输出电流容量，可以作为固态照明，显示器和可见光通信等许多应用中的LED驱动晶体管。通过共享一个通用的材料平台，将III族氮化物基LED和HEMT单片集成在同一衬底上具有许多优势。例如，可以大大降低由于引线键合引起的寄生电阻和电容，从而提高了驱动电路的功率效率。此外，利用片上集成AlGaN/GaN HEMT驱动器，可以充分发挥GaN LED芯片的高寿命优势，提高LED系统的可靠性。

目前，现有技术中HEMT-LED单片集成方法大致有三种：一、选区外延去除(SER)，在LED外延片之上二次外延生长HEMT结构，通过选区刻蚀的方式利用ICP去除部分HEMT，并将LED区暴露出来，并进行集成工艺。该方法操作简单，但在ICP刻蚀过程中，刻蚀精度难以控制，易损害LED区的p-GaN，降低LED的器件性能；二、选区外延生长(SEG)，在HEMT外延片上通过选区刻蚀的方式，得到HEMT-LED的连接区，然后二次外延生长LED结构，并进行集成工艺，该方法工艺复杂，生长成本较高；三、倒装键合(FCB)，通过键合的方式将两种分立器件集成在一起。该方法对键合的工艺有极高的精度要求，且产能低下。此外，传统HEMT-LED单片集成方法的金属互联工艺，将引入寄生电阻，影响器件性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供衬底转移外延生长的HEMT与LED的单片集成方法，采用该制备方法的HEMT-LED集成器件结构简单、稳定，制造工艺对核心结构的损伤小，避免寄生电容的引入，器件散热性能好，有利于实现器件的微型化的可见光系统。

本发明的另一目的在于提供衬底转移外延生长的HEMT与LED的单片集成器件。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

衬底转移外延生长的HEMT与LED的单片集成方法，包括以下步骤：

(1)利用MOCVD技术，在Si衬底上外延生长HEMT全结构；

(2)通过光刻、显影，在选择区域使用ICP刻蚀，直至刻蚀掉预设深度的AlN/GaN缓冲层；

(3)利用MOCVD技术，在步骤(2)所刻蚀的LED区外延生长n-GaN层，使其与HEMT区的AlGaN/GaN异质结沟道相接触；

(4)通过光刻、电子束蒸发的方法，在HEMT区沉积源电极，并在指定温度下退火，形成欧姆接触；