[发明专利]一种光电集成器件及制备方法

权利要求书

1.一种光电集成器件，其特征在于，包括：

多个有序排列的基本单元，所述基本单元包括多量子阱MicroLED 和垂直结构GaNMOSFET ；

蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的顶层设有键合介质层，所述蓝宝石衬底的底层为器件的出光面；

所述多量子阱Micro LED 设于键合介质层的顶层；所述垂直结构GaN MOSFET 设于多量子阱Micro LED 的上方，所述垂直结构GaN MOSFET 的漏区与所述多量子阱Micro LED的N区通过共享二极管N-GaN结构层串联。

2. 根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，所述多量子阱Micro LED 的有源区域自下而上依次包括二极管P-GaN结构层、二极管多量子阱结构层和二极管N-GaN结构层，所述基本单元四周设有二极管正极，并与二极管P-GaN结构层直接接触，所述二极管正极呈现网格状分布。

3. 根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，所述垂直结构GaN MOSFET 自下而上依次包括二极管N-GaN结构层、晶体管P-GaN沟道层、晶体管源区N-GaN结构层和晶体管源极金属层；

其中，二极管N-GaN结构层、晶体管P-GaN沟道层和晶体管源区N-GaN结构层的侧壁上覆盖有晶体管栅极金属层，在所述晶体管栅极金属层的外侧设有隔离有栅极介质层。

4.根据权利要求3所述的光电集成器件，其特征在于，所述晶体管P-GaN沟道层和晶体管源区N-GaN结构层的侧壁倾角小于90度。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的光电集成器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

第一步，在集成芯片外延片背面的蓝宝石上涂覆一层光刻胶并光刻，在出光面形成图形化的结构；

第二步，在集成芯片外延片上涂覆一层光刻胶，利用光刻胶回流方法形成侧壁倾角，光刻后暴露出平台上需要刻蚀的区域，刻蚀到二极管N-GaN结构层停止，形成晶体管栅极的侧壁；

第三步，再涂覆一层光刻胶并光刻，暴露出需要刻蚀的区域，刻蚀到二极管P-GaN结构层停止，形成发光平台区域；

第四步，在氮气中对刻蚀后的集成芯片外延片进行退火，去除晶体管P-GaN沟道层中的氢元素并激活P-GaN；

第五步，对集成芯片外延片生长一层栅极介质层，并在光刻后刻蚀成形；

第六步，采用剥离法分别形成二极管正极、晶体管栅极金属层和金属管源极金属层；

第七步，利用隔离介质作为不同互连金属层间的电学隔离层，生长若干互连金属层，分别将不同基本单元的同种类型电极连接成统一的整体，形成整个光电集成器件。

6.根据权利要求1所述的一种光电集成器件的制备方法，其特征在于，所述集成芯片外延片生长一层栅极介质层利用压力化学气相沉积法或原子层沉积。

7.根据权利要求1所述的一种光电集成器件的制备方法，其特征在于，所述退火的条件为：在700摄氏度的温度下退火30分钟。

8.根据权利要求1所述的一种光电集成器件的制备方法，其特征在于，所述集成芯片外延片的制备方法包括：

第一步，选择多量子阱LED外延片为LED晶圆，所述多量子阱LED外延片的外延材料自下而上依次为第一蓝宝石、缓冲层、非有意掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱和P-GaN层，其中在P-GaN层设置第二蓝宝石为转移衬底；

第二步，在第二蓝宝石或者P-GaN层的上方生长一层透明的键合介质层，在压力、温度和气体环境中，实现LED晶圆和转移衬底的键合；

第三步，去除键合片的第一蓝宝石，再去除键合片的缓冲层和非有意掺杂GaN层，暴露出N-GaN层；

第四步，在N-GaN层的上方依次外延一层P-GaN外延层和一层N-GaN外延层，得到集成芯片外延片。

9.根据权利要求1所述的一种光电集成器件的制备方法，其特征在于，所述键合介质层位于LED晶圆和转移衬底之间。