[发明专利]一种高电子迁移率晶体管与垂直结构发光二极管的单片集成方法

摘要

本发明公开了一种高电子迁移率晶体管与垂直结构发光二极管的单片集成方法。在MOCVD外延生长全结构LED之后，继续原位生长HEMT异质结结构，得到集成外延芯片。然后通过选区刻蚀后金属互联的方式将HEMT的漏电极与LED的P电极连接，再转移衬底，实现垂直LED结构。最后通过开孔刻蚀的方法引出HEMT的源、栅电极结构，并制备LED的N电极结构，最终实现HEMT与垂直结构LED的单片集成。该集成单元不仅能够实现大功率垂直结构LED的电压控制，而且能够充分发挥GaN功率器件高频、高功率的优势，有利于实现集成电路中的微型化、低成本、高效率的智能照明、智能显示及可见光通信系统。

主权项

1.一种高电子迁移率晶体管与垂直结构发光二极管的单片集成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）利用MOCVD技术，在Si衬底上外延生长LED全结构，继续原位外延生长HEMT异质结结构，得到集成外延芯片结构；（2）通过光刻、电子束蒸发在指定区域沉积HEMT器件源、漏电极金属，并进行高温退火，获得HEMT器件源、漏电极；（3）对步骤（2）制备好的源、漏电极的芯片进行光刻、ICP干法刻蚀，暴露出LED区域的p‑GaN层，并进行掺杂镁离子激活退火处理；（4）对步骤（3）所划分出HEMT、LED区域的芯片再次进行光刻、ICP干法刻蚀将源、漏电极区域与异质结进行器件隔离；（5）利用光刻、电子束蒸发在步骤（4）隔离后的源、漏电极之间制备肖特基栅电极，完成HEMT器件制作；（6）在步骤（5）所得芯片表面采用PECVD的方法生长SiO₂钝化层，达到对异质结表面钝化保护的目的；（7）对步骤（6）钝化后的芯片进行光刻、ICP干法刻蚀，暴露出部分HEMT的源、漏、栅电极，并采用电子束蒸发引出电极，然后继续采用PECVD沉积SiO₂进行钝化保护，引出电极部分pad区域在步骤（6）生长的SiO₂上，以避免后续刻蚀对源、漏电极的损伤；（8）对步骤（7）所得芯片的LED区域进行光刻、BOE湿法腐蚀，形成与N电极对应的CBL图形，同时暴露出LED区域和部分HEMT器件源电极区域；（9）在步骤（8）p‑GaN具有CBL图形的芯片上制备LED的P电极，并进行退火处理，由于与HEMT源极连接，该电极同时也是HEMT的源电极；（10）将步骤（9）制备好p电极的Si基芯片与键合硅衬底通过金属键合的方式键合，然后通过机械磨削和化学腐蚀的方法去掉外延硅衬底，达到衬底转移的目的；（11）对步骤（10）衬底转移后表面暴露的n‑GaN进行粗化处理，以达到增加LED出光的目的，对所得芯片进行光刻、ICP刻蚀处理，暴露出HEMT器件的栅、漏电极，采用PECVD的方法生长SiO₂，对ICP刻蚀后的GaN材料侧壁进行钝化保护，然后重复进行光刻、ICP刻蚀步骤，暴露栅、漏电极；（12）采用光刻、电子束蒸发的方式蒸镀HEMT结构栅、漏引出电极，以及LED结构N电极，并退火处理。