本发明专利技术实施例公开一种GaN激光器和GaN HEMT的集成器件及其制备方法。包括基底；形成在基底上的激光器层结构和HEMT层结构，其间设置有隔离槽；覆盖激光器层结构、HEMT层结构和隔离槽的钝化层；形成在钝化层上的平坦化层，激光器层结构包括依次形成的N型GaN接触层、多层InGaN量子阱有源区和P型GaN接触层；HEMT层结构包括依次形成的掺杂的GaN缓冲层、GaN沟道层和AlGaN势垒层；激光器层结构还包括N型GaN接触层形成的台阶，形成在该台阶上的N型电极，形成在P型GaN接触层上的P型电极；HEMT层结构还包括形成在AlGaN势垒层上的漏极和源极，形成在其间的栅极；平坦化层表面通过过孔与激光器的N型电极电连接的N型电极布线、电连接激光器的P型电极和HEMT的源极电极的连接布线。器的P型电极和HEMT的源极电极的连接布线。器的P型电极和HEMT的源极电极的连接布线。
【技术实现步骤摘要】
一种GaN激光器和GaN HEMT的集成器件及其制备方法
[0001]本专利技术涉及微电子
更具体地，涉及一种GaN激光器和GaN HEMT的集成器件及其制备方法。
技术介绍
[0002]氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表，它具有禁带宽、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度快、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强和化学稳定好等特点，非常适用于紫外探测器件、发光器件、大功率器件和微波功率器件的制备。GaN电子器件主要以高电子迁移率晶体管(HEMT)为主，在GaN和禁带更宽的铝镓氮(AlGaN)所形成的异质结中，极化电场显著调制了能带和电荷的分布，在AlGaN/GaN界面形成具有高迁移率特性的二维电子气(2DEG)，2DEG沟道比体电子沟道更有利于获得强大的电流驱动能力和微波功率放大能力。因此，将GaN HEMT用作驱动开关器件，不仅具有开关速度极高约为几个纳秒的优势，同时还具有大的功率容量、高的导热率、强的耐高温特性以及抗辐照能力等优点。
[0003]GaN激光器是重要的光电子器件，基于GaN材料体系(GaN、InGaN和AlGaN)的激光器将半导体激光器的波长扩展到可见光谱和紫外光谱范围，在显示、照明、医疗、通讯和军事等领域具有巨大的应用前景。其中，波长在470nm到540nm之间的蓝绿光在海水中具有较低的吸收系数，因此具有较大的穿透能力，其传播距离可达600米以上。此外，GaN激光器可以实现Gbps级别的数据传输速率，这种高速的优势将保证许多实时应用，在深海探测、潜艇通信与侦测等方向有着广泛应用前景。
[0004]使用异质集成的方法将GaN HEMT与GaN激光器单片集成起来，利用HEMT的高压和高速特性控制激光器的开关从而实现激光器的高速信号调制。这种集成方式不仅可以有效的减少系统体积与工艺成本，并且提高了系统的耐压性能和响应性能，也有利于整体系统的稳定性与安全性。
[0005]现有的单片集成Ⅲ族氮化物HEMT和GaN激光器的制作方法的缺点较为明显，GaN HEMT和GaN激光器是通过外延生长垂直单片集成在同一衬底上，因此HEMT和激光器的热效应会相互影响，十分不利于散热。而且，GaN激光器和HEMT器件都对热效应十分敏感，这种集成结构无法发挥两个器件的最大性能。此外，两个器件之间也没有进行有效的电气隔离，进而影响了集成器件的稳定性和可靠性。
[0006]另外，GaN HEMT与GaN激光器的现有技术中通过粘附材料键合两种器件在同一衬底上，该方法解决了两个器件之间的隔离性差和安全性低的技术问题。但该技术的缺点在于，激光器和HEMT键合后台面高度相差过大，激光器外延结构远高于HEMT结构，这不并利于HEMT的后续栅极工艺，极大影响HEMT器件性能。此外，由于使用了键合方案，该方法无法降低衬底成本，也不利于大规模制造。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供一种GaN激光器和GaN HEMT的集成器件及其制备方法，以
解决现有技术存在的问题中的至少一个。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种GaN激光器和GaN HEMT的集成器件，所述集成器件包括
[0010]基底；
[0011]形成在基底上的GaN激光器层结构和形成在基底上的GaN HEMT层结构，其间设置有隔离槽；
[0012]覆盖所述GaN激光器层结构、所述GaN HEMT层结构和所述隔离槽的钝化层；以及
[0013]形成在所述钝化层表面上的平坦化层，其中
[0014]所述GaN激光器层结构包括在所述基底上依次形成的N型GaN接触层、多层InGaN量子阱有源区和P型GaN接触层；
[0015]所述GaN HEMT层结构包括在所述基底上依次形成的掺杂的GaN缓冲层、GaN沟道层和AlGaN势垒层；
[0016]所述GaN激光器层结构进一步包括所述N型GaN接触层形成的台阶，形成在该台阶表面上的N型电极，以及形成在所述P型GaN接触层表面上的P型电极；
[0017]所述GaN HEMT层结构进一步包括形成在所述AlGaN势垒层表面上的漏极和源极，以及形成在其间的栅极；
[0018]所述平坦化层表面通过过孔与所述GaN激光器的N型电极电连接的N型电极布线、电连接所述GaN激光器的P型电极和所述GaN HEMT的源极电极的连接布线。
[0019]可选地，所述基底包括衬底和形成在衬底上的GaN缓冲层，所述衬底优选硅、SOI、SiC、蓝宝石、金刚石、或自支撑GaN。
[0020]可选地，所述GaN激光器为脊波导激光器或微腔激光器。
[0021]可选地，所述GaN激光器层结构进一步包括位于所述N型GaN接触层和所述多层InGaN量子阱有源区之间的N型AlGaN光限制层和位于所述多层InGaN量子阱有源区和所述P型GaN接触层之间的P型AlGaN光限制层。
[0022]可选地，所述GaN HEMT为增强型GaN HEMT。
[0023]可选地，所述掺杂的GaN缓冲层为C或Fe掺杂的GaN缓冲层，优选掺杂浓度大于10
18
cm
‑3。
[0024]可选地，所述GaN HEMT进一步包括形成在所述AlGaN势垒层表面和所述HEMT栅极电极之间的P型GaN盖帽层。
[0025]可选地，所述掺杂的GaN缓冲层的厚度使得所述GaN激光器层结构和所述GaN HEMT层结构的上表面大体齐平。
[0026]本专利技术第二方面提供了一种GaN激光器和GaN HEMT的集成器件的制备方法，该方法包括
[0027]在基底上形成GaN激光器层结构；
[0028]在所述激光器层结构进行刻蚀至所述基底暴露用于形成GaN HEMT的区域；
[0029]在暴露的基底上外延形成GaN HEMT层结构；
[0030]形成位于所述GaN激光器层结构和所述GaN HEMT层结构之间且暴露所述基底的隔离槽，在所述GaN激光器层结构远离所述隔离槽一侧形成暴露GaN激光器N型GaN接触层表面
的台阶；
[0031]在所得到的结构表面形成钝化层；
[0032]形成GaN激光器的N型电极和P型电极，形成GaN HEMT的源极、漏极和栅极；
[0033]形成平坦化层；
[0034]形成图案化布线层，包括通过过孔与GaN激光器的N型电极电连接的N型电极布线，以及电连接所述GaN激光器的P型电极和所述GaN HEMT源极的连接布线。
[0035]可选地，所述形成GaN HEMT层结构包括
[0036]在所述基底上形成掺杂的GaN缓冲层；
[0037]在所述掺杂的GaN缓冲层上形成GaN沟道层；和
[0038]在所述GaN沟道层上形成AlGaN势垒层；其中
[0039]所述掺杂的GaN缓冲层为C或Fe掺杂的GaN缓冲层，优选掺杂浓度大于10
18...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种GaN激光器和GaN HEMT的集成器件，其特征在于，所述集成器件包括基底；形成在基底上的GaN激光器层结构和形成在基底上的GaN HEMT层结构，其间设置有隔离槽；覆盖所述GaN激光器层结构、所述GaN HEMT层结构和所述隔离槽的钝化层；以及形成在所述钝化层表面上的平坦化层，其中所述GaN激光器层结构包括在所述基底上依次形成的N型GaN接触层、多层InGaN量子阱有源区和P型GaN接触层；所述GaN HEMT层结构包括在所述基底上依次形成的掺杂的GaN缓冲层、GaN沟道层和AlGaN势垒层；所述GaN激光器层结构进一步包括所述N型GaN接触层形成的台阶，形成在该台阶表面上的N型电极，以及形成在所述P型GaN接触层表面上的P型电极；所述GaN HEMT层结构进一步包括形成在所述AlGaN势垒层表面上的漏极和源极，以及形成在其间的栅极；所述平坦化层表面通过过孔与所述GaN激光器的N型电极电连接的N型电极布线、电连接所述GaN激光器的P型电极和所述GaN HEMT的源极电极的连接布线。2.根据权利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述基底包括衬底和形成在衬底上的GaN缓冲层，所述衬底优选硅、SOI、SiC、蓝宝石、金刚石、或自支撑GaN。3.根据权利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述GaN激光器为脊波导激光器或微腔激光器。4.根据权利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述GaN激光器层结构进一步包括位于所述N型GaN接触层和所述多层InGaN量子阱有源区之间的N型AlGaN光限制层和位于所述多层InGaN量子阱有源区和所述P型GaN接触层之间的P型AlGaN光限制层。5.根据权利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述GaN HEMT为增强型GaN HEMT。6.根据权利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述掺杂的GaN...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖梦雅，董鹏，边旭明，徐浩，
申请(专利权)人：北京无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：
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