一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体制造技术领域，本发明专利技术公开了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法。本发明专利技术所述集成芯片包括在衬底上生长HEMT外延层和LED外延层；对上述结构进行刻蚀得到HEMT区域和LED区域；在HEMT区域制备源极、漏极、栅极；在LED区域制备透明导电层、电流阻挡层、镜面反射层、N型电极、P型电极，并通过金属桥将HEMT和LED连接；本发明专利技术通过HEMT的控制，进行对LED的驱动，由电流控制转变为电压控制，通过共享同一材料平台的单片集成，可以大大降低照明系统的制造成本和尺寸，减小寄生效应，为功能性和稳定性双优异的集成芯片的研究奠定了基础。定了基础。定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、电子饱和速度高等优点，电子器件尤其以GaN/AlGaN异质结HEMT器件为主，由于自发极化和压电极化效应，氮化物异质结构在界面处能够形成高浓度二维电子气，并且由于大的电子迁移率，很适合用于高频功率器件。既可以在散热特性好的SiC衬底上生长，也可以在低价格、工艺成熟的Si衬底上生长。除了在高频器件外，氮化物在光电器件方面也有很突出的应用，禁带宽度范围覆盖整个光谱，以蓝光LED为主，不但使得照明效率大大提高，相比较传统的荧光灯和白炽灯，工作时间更长。随着最近智能照明应用的激增，发光二极管(LED)与场效应晶体管(FET)的单片集成需求增加，这通常涉及外接电路设计。通过共享同一材料平台的单片集成，可以大大降低照明系统的制造成本和尺寸，为广泛的应用提供强大的功能性和稳定性。
[0003]目前用于GaN HEMT
‑
LED单片集成的方法主要有两种：一、非金属接触，AlGaN/GaN HEMT结构通过MOCVD在蓝宝石衬底上进行生长，在LED生长和表征之后，通过等离子体增强化学气相沉积PECVD沉积SiO2层，通过光刻和缓冲氧化物蚀刻BOE形成图案，用于选择性生长HEMT结构。HEMT的2DEG通过外延层的紧密接触横向连接到LED的N型GaN电极，无需外部金属互连。二、金属接触，LED在外延生长时直接生长在HEMT表面，后续进行刻蚀，露出HEMT，HEMT漏电极通过金属桥和LED N型电极进行连接。此方法可减少二次外延带来的消耗以及缺陷的形成。
[0004]但是HEMT外延结构生长时的温度高于LED，进行二次外延，在高温下产生的缺陷会降低量子阱的发光效率。并且，二次外延是基于LED外延结构刻蚀的基础上进行的，刻蚀产生的损伤对HEMT界面处生长质量会有较大影响，引起导通电阻变大。因此，发展制备工艺简单、导电性能优异的集成芯片成为本领域亟需。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法，解决了现有的单片集成芯片的合成方法存在的二次外延在高温下产生的缺陷会降低量子阱的发光效率，刻蚀产生的损伤对HEMT界面处生长质量会有较大影响，引起导通电阻变大等问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，所述集成芯片包括HEMT区域和LED区域，所述HEMT区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、SiO2钝化层及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区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N
‑
GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P
‑
GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电
极；所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED区域的N电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。
[0008]作为优选，所述衬底独立地为蓝宝石衬底；所述AlN缓冲层与衬底接触，AlN缓冲层的厚度独立地为14～16nm。
[0009]作为优选，GaN沟道层独立地为非故意掺杂GaN层，厚度独立地为200～300nm。
[0010]作为优选，所述AlGaN势垒层的Al的掺杂浓度独立地为0.2～0.3wt％，AlGaN势垒层的厚度独立地为20～30nm，GaN帽层的厚度独立地为2nm。
[0011]作为优选，所述N
‑
GaN层为Si掺杂的GaN层，厚度为1.5～2.5μm，Si的掺杂浓度为2.2
×
10
19
wt％；所述InGaN/GaN多量子阱层为周期性交叠的InGaN/GaN层，厚度为130～140nm。
[0012]作为优选，所述P
‑
GaN层为Mg掺杂的GaN层，厚度为580～620nm，Mg的掺杂浓度为1.5
×
10
19
wt％。
[0013]作为优选，所述源电极、漏电极、N电极、P电极独立地为欧姆接触，源电极、漏电极、N电极、P电极为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金。
[0014]作为优选，所述金属桥为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金；所述栅电极为肖特基接触，栅电极为Ni和Au的合金。
[0015]作为优选，HEMT区域与LED区域的面积比为1～3：1～2。
[0016]本专利技术还提供了所述HEMT与蓝光LED单片集成芯片制备方法，包括如下步骤：
[0017]S1：提供蓝宝石衬底，在衬底上生长HEMT外延层和LED外延层，形成HEMT
‑
LED结构；所述HEMT结构自下而上由蓝宝石衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层组成；所述LED结构自下而上由AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N
‑
GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P
‑
GaN层组成；
[0018]S2：对所述HEMT
‑
LED外延结构进行清洗、光刻、ICP刻蚀，得到HEMT区域和LED区域；
[0019]S3：在LED区域上通过PECVD沉积SiO2形成电流阻挡层和金属桥台阶；
[0020]S4：在LED区域上顺次进行ITO蒸镀和退火处理；
[0021]S5：对HEMT区域进行清洗、光刻、ICP刻蚀，在HEMT区域和LED区域制备源电极、漏电极/N电极、P电极；
[0022]S6：在HEMT区域上制备栅电极，随后通过PECVD沉积SiO2进行钝化，形成钝化层，得HEMT
‑
LED外延片；
[0023]S7：减薄HEMT
‑
LED外延片的衬底；
[0024]S8：背面蒸镀DBR反射层，得到HEMT与蓝光LED单片集成芯片。
[0025]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0026]本专利技术通过一次性外延，减少了消耗以及缺陷的产生，在减薄衬底后背镀DBR反射层，提高了器件的光输出功率。同时，增大金属电极的接触面积，增大散热效果，有效的提高发光效率和可靠性。金属桥的存在使得LED由HEMT控制，形成电压驱动，集成系统得以微型化。相比较二次金属蒸镀，该系统在测试电流不变的情况下，光输出功率提高5％，输出功率降低3％。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述集成芯片包括HEMT区域和LED区域，所述HEMT区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、SiO2钝化层及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区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N
‑
GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P
‑
GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电极；所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED区域的N电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。2.根据权利要求1所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述衬底独立地为蓝宝石衬底；所述AlN缓冲层与衬底接触，AlN缓冲层的厚度独立地为14～16nm。3.根据权利要求2所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，GaN沟道层独立地为非故意掺杂GaN层，厚度独立地为200～300nm。4.根据权利要求3所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述AlGaN势垒层的Al的掺杂浓度独立地为0.2～0.3wt％，AlGaN势垒层的厚度独立地为20～30nm，GaN帽层的厚度独立地为2nm。5.根据权利要求1～3任一项所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述N
‑
GaN层为Si掺杂的GaN层，厚度为1.5～2.5μm，Si的掺杂浓度为2.2
×
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wt％；所述InGaN/GaN多量子阱层为周期性交叠的InGaN/GaN层，厚度为130～140nm。6.根据权利要求5所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述P
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GaN层为Mg掺杂的GaN层，厚度为580～620nm，Mg的掺杂浓度为1.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽霞，齐培粤，曹玉飞，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：