[发明专利]一种完全垂直型的MOSFET-LED单片集成器件及其制备方法

权利要求书

1.一种完全垂直型MOSFET-LED单片集成器件，包括GaN衬底，所述GaN衬底下表面设置有LED结构，LED结构完全覆盖在GaN衬底下表面，GaN衬底上表面设置有MOSFET结构，MOSFET结构仅覆盖一部分GaN衬底的上表面，未被MOSFET结构覆盖的GaN衬底上表面暴露在外，作为LED结构的正面出光区域；所述MOSFET结构包括由下向上依次叠加的n^--GaN漂移区、p-GaN沟道层、n⁺-GaN电流扩展层，MOSFET结构顶部嵌入有栅介质层、源极和栅极金属层，所述LED结构包括由上往下依次叠加的InGaN/GaN层，p-AlGaN电子阻挡层、p-GaN空穴层。

2.根据权利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED单片集成器件，其特征在于，所述的GaN衬底为低阻双抛GaN衬底，电阻小于0.1Ω·cm。

3.根据权利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED单片集成器件，其特征在于，MOSFET结构中，n^--GaN漂移区厚度为3-8μm，p-GaN沟道层厚度为300-400nm，n⁺-GaN电流扩展层厚度为200-280nm。

4.根据权利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED单片集成器件，其特征在于，MOSFET结构顶部嵌入的栅介质层厚度为50-300nm，栅极金属层厚度为200-300nm。

5.根据权利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED单片集成器件，其特征在于，栅极金属层贯穿p-GaN沟道层、n⁺-GaN电流扩展层，底部部分位于n^--GaN漂移区中，栅极金属层与各层之间有栅介质层。

6.权利要求1所述的完全垂直型的MOSFET/LED单片集成器件的制备方法，包括以下步骤：

a.选用GaN衬底，在GaN衬底上表面外延生长MOSFET结构，MOSFET结构包括由下向上依次叠加的n^--GaN漂移区，p-GaN沟道层，n⁺-GaN电流扩展层；

b.在GaN衬底下表面外延生长LED结构，LED结构包括由上往下依次叠加的InGaN/GaN层，p-AlGaN电子阻挡层，p-GaN空穴层；

c.在LED结构下表面蒸镀Ni/Ag/Ni/Au作为LED阳极金属接触和背反射层；

d.用光刻胶做掩膜，在MOSFET结构中刻蚀出栅极沟槽，然后在MOSFET结构顶部表面以及栅极沟槽表面沉积栅介质层；

e.在沉积栅介质层顶部表面进行刻蚀开源极接触孔，在源极接触孔蒸镀源极，栅极沟槽中蒸镀栅极金属层，栅极金属层填充栅极沟槽；

f.用光刻胶掩膜，将MOSFET结构一部分刻蚀去掉，漏出GaN衬底上表面，带有栅极金属层的另一部分保留。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤b完成后，将得到的样品在N₂氛围下，升温至800-900℃快速退火10-30分钟；优选的，步骤b完成后，将得到的样品在N₂氛围下，升温至850℃快速退火20分钟。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤d中，采用ICP(Cl₂/BCl₃/Ar)刻蚀得到栅极沟槽，栅极沟槽深度为1-3μm，采用ALD或PECVD进行沉积栅介质层，栅介质层为SiO₂介质层或Si₃N₄介质层。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤d中，栅极沟槽刻蚀后，将该器件用四甲基氢氧化铵溶液湿法处理，四甲基氢氧化铵溶液的浓度为5-25wt％，湿法处理温度为80-90℃，处理时间为60-120分钟。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤e中，采用RIE进行开源极接触孔，源极Cr/Au层，栅极金属层为Cr/Au层。