一种基于体GaN材料的单片集成器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于体GaN材料的单片集成器件，包括：GaN衬底；发光二极管，位于所述GaN衬底上，自下而上依次包括n型GaN层、发光层、p型 GaN层和顶电极；以及Fin‑HEMT，位于所述GaN衬底上，包括多个鳍片、栅极和源极，其中，所述多个鳍片以一定间隔平行设置，所述栅极沿着垂直于所述鳍片的延伸方向而延伸，并且覆盖鳍片的侧面，所述源极位于所述鳍片的一端，所述鳍片的另一端与所述n型GaN层接触。本发明专利技术采用Fin‑HEMT器件作为LED器件的驱动，可以实现对LED器件发光强度的精确控制，同时单片集成有助于降低寄生电容，电阻，减小封装复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电
，具体来说涉及一种基于体GaN材料的单片集成器件及其制备方法。
技术介绍
GaN材料拥有较大的禁带宽度和电子迁移率，较好的热稳定性和化学稳定性，因此在功率和高频领域有着广泛的应用前景而受到关注和研究。同时，GaN基发光二极管（Light-EmittingDiode，简称LED）器件具有发光效率高、使用寿命长、节能环保等诸多优点，可广泛应用于照明和显示领域。GaN基鳍片-高电子迁移率晶体管（Fin-HEMT）器件具有良好的高频特性和高输出电流特性，因此可以作为LED器件的驱动应用于光电，可见光通信等领域。业界将HEMT器件与LED器件相集成的方式有两类，一类是在封装层次上通过引线键合实现二者的集成，另一类是在器件层次上，将二者集成在同一衬底上。相较于前者，单片集成方法可以大幅降低寄生电阻和寄生电容，减小封装设计复杂度等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于体GaN材料的单片集成器件及其制备方法，以实现对LED器件发光强度的精确控制，同时大幅降低寄生电容，电阻，减小封装复杂度。本专利技术提供的基于体GaN材料的单片集成器件，包括：GaN衬底；发光二极管，位于所述GaN衬底上，自下而上依次包括n型GaN层、发光层、p型GaN层和顶电极；以及Fin-HEMT，位于所述GaN衬底上，包括多个鳍片、栅极和源极，其中，所述多个鳍片以一定间隔平行设置，所述栅极沿着垂直于所述鳍片的延伸方向而延伸，并且覆盖鳍片的侧面，所述源极位于所述鳍片的一端，所述鳍片的另一端与所述n型GaN层接触。优选为，所述发光二极管区的GaN衬底的厚度小于所述Fin-HEMT区的GaN衬底的厚度。优选为，所述发光二极管还包括p型AlGaN层，位于所述发光层与所述p型GaN层之间。优选为，所述发光二极管还包括电流散布层结构，位于所述p型GaN层与所述顶电极之间。优选为，所述鳍片自下而上依次包括GaN层、AlN阻挡层和AlGaN势垒层。本专利技术还提供基于体GaN材料的单片集成器件的制备方法，包括以下步骤：提供GaN衬底；Fin-HEMT叠层形成步骤：在所述GaN衬底上依次形成AlN阻挡层、AlGaN势垒层；分区步骤：对所述Fin-HEMT叠层进行刻蚀，去除部分AlN阻挡层、AlGaN势垒层，暴露部分所述GaN衬底，分别形成发光二极管器件区和Fin-HEMT器件区；发光二极管叠层形成步骤：在所述发光二极管器件区中，依次形成n型GaN层、发光层和p型GaN层；发光二极管刻蚀步骤：对所述发光二极管叠层进行刻蚀，形成发光二极管台面结构；Fin-HEMT刻蚀步骤：对所述Fin-HEMT叠层进行刻蚀，形成Fin-HEMT台面结构；鳍片形成步骤：对Fin-HEMT台面结构进行刻蚀，，刻蚀形成多个以一定间隔平行分布的鳍片；源极形成步骤：在所述鳍片的一端形成源极；顶电极形成步骤：在所述发光二极管台面结构上形成顶电极；以及栅极形成步骤：在所述鳍片上形成栅极，并且覆盖所述鳍片的侧面。优选为，在所述发光二极管叠层形成步骤中，还包括在所述发光层上形成p型AlGaN层的步骤。优选为，在所述顶电极形成步骤前还包括电流散布层结构形成步骤：在所述发光二极管台面结构上形成电流散布层结构。优选为，在所述分区步骤中，还包括进一步刻蚀去除部分GaN衬底。优选为，所述刻蚀去除部分GaN衬底的深度为200纳米。本专利技术采用Fin-HEMT器件作为LED器件的驱动，可以实现对LED器件发光强度的精确控制，同时单片集成有助于降低寄生电容，电阻，减小封装复杂度。附图说明图1是本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件的第一实施方式的立体结构示意图。图2是本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件的第二实施方式的立体结构示意图。图3是本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件的第三实施方式的立体结构示意图。图4是本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件的第四实施方式的立体结构示意图。图5是本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的流程图。图6是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的Fin-HEMT叠层形成步骤后的器件剖面结构示意图。图7是在本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的分区步骤中形成SiO2掩膜层后的器件剖面结构示意图。图8是在本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的分区步骤中对SiO2掩膜层进行刻蚀后的器件剖面结构示意图。图9是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的分区步骤后的器件剖面结构示意图。图10是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的发光二极管叠层形成步骤后的器件剖面结构示意图。图11是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的发光二极管刻蚀步骤后的器件剖面结构示意图。图12是执行基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的鳍片形成步骤后的垂直鳍片延伸方向的器件剖面结构示意图。图13是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的Fin-HEMT源极形成步骤后的器件剖面结构示意图。图14是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的发光二极管顶电极形成步骤后的器件剖面结构示意图。图15是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的Fin-HEMT栅极形成步骤后的器件的剖面结构示意图。图16是执行本专利技术基于体GaN材料的单片集成器件制备方法的Fin-HEMT栅极形成步骤后的垂直鳍片延伸方向的器件剖面结构示意图。具体实施方式以下将参照附图详细描述本专利技术的实施例，在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。以下所述实施例是示例性的，为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，这些仅仅是示例，旨在解释本专利技术而不能理解为对本专利技术的限制。此外，本专利技术提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，器件的各部分均可采用本领域公知的工艺和材料实现。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括其它的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。以下，结合附图对本专利技术实施方式进行具体说明。如图1所示，本专利技术的第一实施方式所涉及的基于体GaN材料的单片集成器件包括，GaN衬底100。GaN衬底100为绝缘衬底，厚度例如为300微米。发光二极管，位于GaN衬底100上，自下而上依次包括n型GaN层301、发光层302、p型GaN层304和顶电极306。n型GaN层301的厚度优选为1.5微米，发光层302为量子阱或多重量子阱，优选为包括InGaN/GaN叠层结构，厚度优选为15纳米。P型GaN层304的厚度优选为170纳米。LED器件顶电极306优选采用Ti/Al/Ti/Au金属体系。Fin-HEMT，位于GaN衬底100上，包括多个鳍片、源极203和栅极204。其中，鳍片由GaN层200、AlN阻挡层201和AlGaN势垒层202构成，以一定间隔平行设置；栅极204垂直于鳍片200延伸方向而延伸，并且覆盖鳍片的侧面；源极203位于鳍片的一端，鳍片的另一端与n型GaN层301接触。AlN阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于体GaN材料的单片集成器件，其特征在于，包括：GaN衬底；发光二极管，位于所述GaN衬底上，自下而上依次包括n型GaN层、发光层、p型 GaN层和顶电极；以及Fin‑HEMT，位于所述GaN衬底上，包括多个鳍片、栅极和源极，其中，所述多个鳍片以一定间隔平行设置，所述栅极沿着垂直于所述鳍片的延伸方向而延伸，并且覆盖鳍片的侧面，所述源极位于所述鳍片的一端，所述鳍片的另一端与所述n型GaN层接触。

【技术特征摘要】
1.一种基于体GaN材料的单片集成器件，其特征在于，包括：GaN衬底；发光二极管，位于所述GaN衬底上，自下而上依次包括n型GaN层、发光层、p型GaN层和顶电极；以及Fin-HEMT，位于所述GaN衬底上，包括多个鳍片、栅极和源极，其中，所述多个鳍片以一定间隔平行设置，所述栅极沿着垂直于所述鳍片的延伸方向而延伸，并且覆盖鳍片的侧面，所述源极位于所述鳍片的一端，所述鳍片的另一端与所述n型GaN层接触。2.根据权利要求1所述的基于体GaN材料的单片集成器件，其特征在于，所述发光二极管区的GaN衬底的厚度小于所述Fin-HEMT区的GaN衬底的厚度。3.根据权利要求1或2所述的基于体GaN材料的单片集成器件，其特征在于，所述发光二极管还包括p型AlGaN层，位于所述发光层与所述p型GaN层之间。4.根据权利要求3所述的基于体GaN材料的单片集成器件，其特征在于，所述发光二极管还包括电流散布层结构，位于所述p型GaN层与所述顶电极之间。5.根据权利要求1、2或4所述的基于体GaN材料的单片集成器件，其特征在于，所述鳍片自下而上依次包括GaN层、AlN阻挡层和AlGaN势垒层。6.一种基于体GaN材料的单片集成器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供GaN衬底；Fin-HEMT叠层形成步骤：在所述GaN衬底上依次形成AlN阻挡层、AlGaN势垒层；分区步骤：对所述Fin-HEMT叠层进行刻蚀，去除部...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，郑亮，戴亚伟，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31