集成光电器件和电子器件的半导体器件及其集成方法技术

本发明专利技术公开了一种集成光电器件和电子器件的半导体器件及其集成方法。该集成方法包括：在GaN单晶衬底的第一极性面制作光电器件结构，在GaN单晶衬底的第二极性面制作电子器件结构，且使电子器件结构与光电器件结构的至少一个电极电连接，或者，光电器件结构的至少一个电极包括电子器件结构；第一极性面和第二极性面中的一者为Ga极性面，另一者为N极性面。本发明专利技术GaN单晶衬底的不同的极性面上集成光电器件结构和电子器件结构，能够克服光电器件结构的侧壁损伤从而提高效率，无需巨量转移直接进行集成控制，整体体积更小。整体体积更小。整体体积更小。

【技术实现步骤摘要】
集成光电器件和电子器件的半导体器件及其集成方法


[0001]本专利技术特别涉及一种集成光电器件和电子器件的半导体器件及其集成方法，属于半导体器件


技术介绍

[0002]以GaN为代表的第三代半导体，由于具有较大的禁带宽度和击穿电压，且拥有化学稳定性高、耐高温以及耐腐蚀等优点，在光电器件以及高频高功率电子器件应用上被寄予厚望，被认为是下一代半导体产业发展的关键战略材料。
[0003]同质外延发光二极管(light
‑
emitting diode，LED)因其超高的晶体质量可以最大限度的抑制非辐射复合的发生，而被认为是下一代LED技术。但是，由于同质外延多为平面结构，出光的亮度有时甚至不如做图形化的异质外延LED。其次，同质外延具有双面GaN的特性，通常利用其开发垂直结构的芯片结构。
[0004]现今被看好的GaN基Micro
‑
LED因其两大问题亟待解决仍未能产业化。一是尺寸微缩化引起效率急剧降低，二是大量的芯片难以巨量转移和形成阵列的集成控制。现有的方法通常无法避免上述两大问题，原因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电器件和电子器件的集成方法，其特征在于，包括：在GaN单晶衬底的第一极性面制作光电器件结构，在所述GaN单晶衬底的第二极性面制作电子器件结构，且使所述电子器件结构与所述光电器件结构的至少一个电极电连接，或者，所述光电器件结构的至少一个电极包括所述电子器件结构；其中，所述第一极性面和第二极性面中的一者为Ga极性面，另一者为N极性面。2.根据权利要求1所述的光电器件和电子器件的集成方法，其特征在于，所述光电器件结构包括LED器件结构，所述集成方法具体包括：在所述第一极性面制作至少一微纳尺度的柱体，形成第一半导体层；在所述柱体上制作包裹所述柱体的包裹层，所述包裹层包括依次层叠设置的有源层和第二半导体层，从而形成第一外延结构；制作与所述第一外延结构配合的第一电极和第二电极，且使所述第一电极与所述第一半导体层电连接，所述第二电极与所述第二半导体层电连接，从而形成所述LED器件结构；其中，所述第一电极和第二电极中的一者与所述电子器件结构电连接，或者，所述第一电极和第二电极中的一者包括所述电子器件结构；优选的，所述集成方法具体包括：在所述GaN单晶衬底的第一极性面制作形成多个所述柱体，在每一所述柱体上制作形成包裹所述柱体的包裹层，且使相邻两个所述包裹层相互间隔设置，从而形成多个所述第一外延结构；优选的，所述第一半导体层和所述第二半导体层中的一者为p型半导体层，另一者为n型半导体层；所述第一电极和第二电极中的一者为p电极，另一者为n电极；所述电子器件结构与所述LED器件结构的至少一个n电极电连接，或者，所述LED器件结构的至少一个n电极包括所述电子器件结构。3.根据权利要求2所述的光电器件和电子器件的集成方法，其特征在于，所述GaN单晶衬底包括第一极性部分，所述第一极性部分具有第一极性面，所述集成方法具体包括：对所述第一极性部分进行刻蚀，从而形成与所述GaN单晶衬底一体的所述柱体，所述第一半导体层为n型半导体层；优选的，所述柱体沿与所述第一极性面成0至180
°
的夹角的方向延伸；优选的，所述柱体的径向尺寸为0.1
‑
50μm；优选的，所述柱体的轴向尺寸为1
‑
10μm；优选的，相邻两个所述柱体之间的间距为10
‑
100μm。4.根据权利要求2或3所述的光电器件和电子器件的集成方法，其特征在于，所述集成方法具体包括：在所述柱体上生长III族氮化物材料，从而形成所述包裹层；优选的，所述集成方法具体包括：将形成所述柱体的GaN单晶衬底置于反应腔内，并在第一生长条件下在所述柱体上生长所述有源层、在第二生长条件下在所述有源层上生长所述第二半导体层，其中，所述第一生长条件包括所述反应腔内的生长压力为50
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200torr、生长温度为700
‑
800℃、生长原料的V/III比为1000
‑
10000，所述第二生长条件包括所述反应腔内的生长压力为50
‑
200torr、生长温度为900
‑
1050℃、生长原料的V/III比为1000
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10000。5.根据权利要求2或3所述的光电器件和电子器件的集成方法，其特征在于，所述集成
方法还包括：在所述GaN单晶衬底上形成至少一隔离层，在所述柱体上形成所述包裹层；其中，每一所述隔离层环绕一所述柱体设置，且所述隔离层的高度小于所述柱体的高度，所述第二电极与所述GaN单晶衬底被所述隔离层电性隔离；优选的，所述隔离层的材质包括SiO2/Si3N4，所述隔离层的高度为0.1
‑
1μm。6.根据权利要求1所述的光电器件和电子器件的集成方法，其特征在于，所述GaN单晶衬底包括第二极性部分，所述第二极性部分具有第二极性面，所述集成方法具体包括：对所述第二极性部分进行刻蚀，形成一槽状结构，并在所述槽状结构内制作所述电子器件结构；优选的，所述第二极性部分包括第一区域以及环绕所述第一区域设置的第二区域，所述集成方法具体包括：在所述第一区域形成所述槽状结构；优选的，所述槽状结构的深度为0.1
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：王国斌，王阳，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：