一种垂直式HEMT-LED集成器件的制备方法与流程

本发明涉及半导体，具体为一种垂直式hemt-led集成器件的制备方法。

背景技术：

1、gan为一种具有禁带宽度大、热导率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性的半导体材料，可作为高电子迁移率场效应晶体管(即hemt) 、发光二极管（即led）的基础材料。led具有稳定性高、功率损耗低、响应速度快等优点，广泛应用于led显示屏、交通信号、室内照明等领域，hemt具有高迁移率、高灵敏度等优点，广泛应用于超高频、超高速集成电路或传感器中。

2、因hemt器件具有高击穿电压和低导通电阻，能够提供高频和大电流，驱动led进行显示、照明，因此，可将led和hemt进行共衬底集成，目前常用的hemt与led集成器件（即hemt-led）为同面结构，即hemt与led分布于衬底的同一面，但这种结构中，由于led和hemt器件所用材料为同系列材料，led的发光波长和hemt器件材料吸收波长在同一个范围内，而目前gan的生长工艺为异质外延生长，生长过程中易存在位错、点缺陷等，且缺陷不可避免，导致其吸收的波长比禁带对应波长短，因此led发出的光容易被hemt吸收产生电子-空穴对，形成非平衡载流子，这样会增加hemt器件的泄漏电流或增加其噪声，从而对hemt造成干扰，影响了hemt的工作稳定性。

技术实现思路

1、针对上述不足，本申请提供了一种垂直式hemt-led集成器件的制备方法，可降低led发光对hemt的干扰。

2、为实现上述目的，本申请通过以下技术方案实现：

3、一种垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：

4、提供一衬底，在衬底的正面、反面分别制备hemt外延层、led外延层，所述hemt外延层、led外延层均包括材料：gan；

5、在所述hemt外延层制备源极、漏极、栅极，形成hemt；

6、在所述led外延层制备p电极、n电极，形成led；

7、所述hemt与所述led为共阳极结构，或所述hemt与所述led为共阴极结构，所述共阳极结构指所述源极与所述p电极电连接，所述漏极为hemt-led异面结构的输入端，所述n电极为所述hemt-led异面结构的输出端；所述共阴极结构指所述漏极与所述n电极电连接，所述p电极为所述hemt-led异面结构的输入端，所述源极为所述hemt-led异面结构的输出端。

8、其进一步特征在于，

9、采用光刻及刻蚀工艺或激光开孔工艺，在所述衬底中开设第一导电孔或第二导电孔，所述源极通过相应所述第二导电孔与所述p电极电连接，或，所述漏极通过相应所述第一导电孔与所述n电极电连接。

10、更进一步的，所述第一导电孔或第二导电孔中的填充金属包括in、sn、au、ta、cu中的至少一种。

11、进一步的，所述衬底的材质为si、蓝宝石、sic或gan。

12、进一步的，采用金属有机物化学气相沉积工艺、光刻及刻蚀工艺，制备所述hemt外延层，所述hemt外延层包括从下至上依次分布的缓冲层、沟道层、阻挡层、势垒层、帽层。

13、更进一步的，所述缓冲层的材质为aln、gan或algan，所述沟道层的材质为gan，所述阻挡层的材质为aln，所述势垒层的材质为algan，所述帽层的材质为gan。

14、更进一步的，所述势垒层中al的含量为0.2at.％～0.3at.％。

15、进一步的，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在包含所述hemt外延层表面的整面沉积第一绝缘材料，形成第一绝缘层；

16、采用光刻与刻蚀、沉积工艺，在所述第一绝缘层的顶端，制备形成欧姆接触的所述漏极、源极，所述漏极、源极分别与所述帽层电连接，所述源极与所述第二导电孔的一端电连接，或，所述漏极与所述第一导电孔的一端电连接；

17、采用光刻与刻蚀、沉积工艺，在所述第一绝缘层的顶端，制备形成肖特基接触的栅极，所述栅极与所述帽层电连接。

18、更进一步的，所述第一绝缘材料包括sio2或si3n4。

19、更进一步的，所述漏极、源极、栅极的材质包括cr、al、ti、pt、au、ni、w中的至少一种。

20、进一步的，采用金属有机物化学气相沉积工艺、光刻及刻蚀工艺，制备形成所述led外延层，所述led外延层包括自上而下依次分布的n型半导体层、量子阱层、p型半导体层，所述n型半导体层的材质为n型gan，所述p型半导体层的材质为p型gan。

21、更进一步的，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在包含led外延层表面的整面沉积电流扩展材料，采用光刻及刻蚀工艺，对电流扩展材料表面进行图形化刻蚀，形成电流扩展层，所述电流扩展层与所述p型半导体层电连接；

22、采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在包含所述电流扩展层表面的整面沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘层；

23、采用光刻与刻蚀、沉积工艺，在所述第二绝缘层的顶端，制备形成所述n电极、p电极，所述n电极与所述n型半导体层电连接，所述p电极与所述电流扩展层电连接。

24、更进一步的，所述第二绝缘材料包括sio2。

25、更进一步的，所述n电极、p电极的材质包括cr、al、ti、pt、au、ni、w中的至少一种。

26、相比现有技术，本申请的有益效果在于：hemt、led分别位于衬底的正面、反面，降低了led发光对hemt的干扰，从而避免了hemt的性能受到影响，并且有利于该hemt-led集成器件在传感器领域中的应用。

技术特征：

1.一种垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，采用光刻及刻蚀工艺或激光开孔工艺，在所述衬底（1）中开设第一导电孔（101）或第二导电孔（102），所述源极（3）通过相应所述第二导电孔（102）与所述p电极（8）电连接，或，所述漏极（4）通过相应所述第一导电孔（101）与所述n电极（7）电连接，所述第一导电孔（101）或第二导电孔（102）中的填充金属包括in、sn、au、ta、cu中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，采用金属有机物化学气相沉积工艺、光刻及刻蚀工艺，制备所述hemt外延层（2），所述hemt外延层（2）包括从下至上依次分布的缓冲层（21）、沟道层（22）、阻挡层（23）、势垒层（24）、帽层（25）。

4.根据权利要求3所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，所述衬底（1）的材质为si、蓝宝石、sic或gan，所述缓冲层（21）的材质为aln、gan或algan，所述沟道层（22）的材质为gan，所述阻挡层（23）的材质为aln，所述势垒层（24）的材质为algan，所述帽层（25）的材质为gan，所述势垒层（24）中al的含量为0.2at.％～0.3at.％。

5.根据权利要求4所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在包含所述hemt外延层表面的整面沉积第一绝缘材料，形成第一绝缘层（103）；

6.根据权利要求5所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，所述第一绝缘材料包括sio2或si3n4，所述漏极（4）、源极（3）、栅极（5）的材质包括cr、al、ti、pt、au、ni、w中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，采用金属有机物化学气相沉积工艺、光刻及刻蚀工艺，制备形成所述led外延层（6），所述led外延层（6）包括自上而下依次分布的n型半导体层（61）、量子阱层（62）、p型半导体层（63），所述n型半导体层（61）的材质为n型gan，所述p型半导体层（63）的材质为p型gan。

8.根据权利要求7所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在包含led外延层表面的整面沉积电流扩展材料，采用光刻及刻蚀工艺，对电流扩展材料表面进行图形化刻蚀，形成电流扩展层（9），所述电流扩展层（9）与所述p型半导体层（63）电连接；

9.根据权利要求8所述的垂直式hemt-led集成器件的制备方法，其特征在于，所述第二绝缘材料包括sio2，所述n电极（7）、p电极（8）的材质包括cr、al、ti、pt、au、ni、w中的至少一种。

技术总结
本发明涉及半导体技术领域，具体为一种垂直式HEMT‑LED集成器件的制备方法，该制备方法中，首先在衬底的正面、反面制备HEMT外延层、LED外延层，然后在HEMT外延层制备源极、漏极、栅极，在LED外延层制备N电极、P电极，源极与P电极电连接，形成共阳极结构，或，漏极与N电极连接，形成共阴极结构，从而获得一种垂直式HEMT‑LED集成器件，该集成器件中，HEMT与LED分别位于衬底的正面、反面，有效降低了LED发光对HEMT的干扰。

技术研发人员：张贺秋,王子坤,邓群雄,韩奎,郭文平,梁红伟,夏晓川,张克雄
受保护的技术使用者：元旭半导体科技（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5