[发明专利]一种HEMT与阵列LED单片集成芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种HEMT与阵列LED单片集成芯片，包括HEMT区域及LED区域，HEMT区域包括高阻衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层及HEMT电极层；LED区域包括至少两个阵列设置的LED单元及第一金属连接桥，第一金属连接桥的两端分别用于连接相邻的LED单元的N电极与P电极，以实现各LED单元的串联；HEMT区域的源电极通过第二金属连接桥与串联设置的首个LED单元的P电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。本发明简化驱动电路，并进一步地提升了集成芯片的驱动电压和光输出功率，降低了芯片的结电容，进而降低RC时间常数，可应用于更多对照明需求高的场景。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种HEMT与阵列LED单片集成芯片及其制备方法。

背景技术

近年来，固态照明(SSL)和可见光通信(VLC)的发展受到了人们的广泛关注。相比于传统的射频无线通信，可见光通信没有电磁干扰和许可证限制，频谱资源丰富。用于照明和通信两用的白光光源，通常是基于蓝光发光二极管结合黄色荧光粉的LED，由于黄色荧光粉缓慢的响应速度，使得传统的白光LED的带宽仅为几MHz，这限制了其在可见光通信系统中的数据通信能力。

AlGaN/GaN HEMT(AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管)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LED和HEMT单片集成在同一衬底上，可以大大地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，并利用片上集成AlGaN/GaN HEMT驱动器，可以充分发挥LED芯片的高寿命优势，提高LED系统的可靠性。

基于传统Si基CMOS(互补金属氧化物半导体)驱动的LED阵列系统十分复杂，以及集成芯片具有较低的光输出功率，限制其应用场景。为了进一步提高LED芯片的性能，从而扩大其应用场景，研制HEMT与阵列LED单片集成芯片有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种HEMT与阵列LED单片集成芯片，其通过将电流控制的LED芯片转变为电压控制，简化驱动电路，并通过LED区中各LED单元采用阵列串联的方法，进一步地提升了集成芯片的驱动电压和光输出功率，可将集成的HEMT与阵列LED应用于更多对照明需求高的场景。

本发明的目的之二在于提供一种HEMT与阵列LED单片集成芯片的制备方法，其流程简单，成品率高，适用于工业化生产，具有很好的应用前景。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种HEMT与阵列LED单片集成芯片，包括HEMT区域及LED区域，所述HEMT区域包括从下到上依次排列分布的高阻衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层及HEMT电极层，所述HEMT电极层包括源电极、漏电极及栅电极；所述LED区域包括至少两个阵列设置的LED单元及第一金属连接桥，所述LED单元包括高阻衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、i-GaN层、n型GaN层、N电极、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、p型GaN层、P电极及保护层，所述第一金属连接桥的两端分别用于连接相邻的LED单元的N电极与P电极，以实现各LED单元的串联；所述HEMT区域的源电极通过第二金属连接桥与串联设置的首个LED单元的P电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。

进一步地，各所述LED单元的排布方式为线性排布。

进一步地，所述源电极与所述AlGaN势垒层为欧姆接触，所述源电极为Ti、Al、Ni、Au中的一种或者两种以上；所述漏电极与所述AlGaN势垒层为欧姆接触，所述漏电极为Ti、Al、Ni、Au中的一种或者两种以上；所述栅电极与所述AlGaN势垒层为肖特基接触，所述栅电极为Ni、Au中的一种或者两种。