[发明专利]一种光电集成器件及制备方法

说明书

本发明公开了一种光电集成器件及其制作方法，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GaN MOSFET；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；本发明的发光器件与驱动电子器件制作在同一块芯片上，不仅可利用现有的GaN工艺平台实现批量化制造，降低生产成本，还具备体积小、速度快、可靠性高的显著优势；GaN MOSFET采用新颖的垂直结构设计，可极大地缩短驱动晶体管的沟道长度，对提升集成器件的性能和集成度具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种光电集成器件及制备方法，属于集成光电子技术领域。

背景技术

III-V族半导体GaN及其合金的能带间隙覆盖了从红外到可见光的光谱范围，在固态照明、显示、高密度存储以及水下通信等领域已经取得巨大的成功。同时，GaN基晶体管技术近年来亦受到业界的重视，发展迅速，在大功率和高频器件等方面显示出诱人的应用前景。目前GaN在光电技术与电子技术上的研究彼此独立，而在实际应用中光电技术又与电子技术密不可分、相互依赖，例如GaN发光二极管（LED）必须通过电子晶体管电路进行驱动，现有的电子晶体管电路都是基于硅基平台单独制作并通过片外封装的形式与光电组件进行电学连接。

将GaN光电器件和电子器件集成到同一平台上，构成所谓的光电单片集成电路，同传统的片外封装互连相比，具有体积小、重量轻、成本低、速度快、寄生少、功能多以及可靠性高等显著优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电集成器件及制备方法，以解决现有的电子晶体管电路都是基于硅基平台单独制作体积大的缺陷。

一种光电集成器件，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Micro LED 和垂直结构GaN MOSFET ；

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MicroLED 的N区通过共享二极管N-GaN结构层串联。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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度。

一种采用上述光电集成器件的制备方法，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；