CN110600990A - 一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法 - Google Patents

一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110600990A
CN110600990A CN201910769904.3A CN201910769904A CN110600990A CN 110600990 A CN110600990 A CN 110600990A CN 201910769904 A CN201910769904 A CN 201910769904A CN 110600990 A CN110600990 A CN 110600990A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gan
substrate
based laser
hemt
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910769904.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110600990B (zh
Inventor
田朋飞
闫春辉
钱泽渊
方志来
张国旗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naweilang Technology Shenzhen Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Third Generation Semiconductor Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Third Generation Semiconductor Research Institute filed Critical Shenzhen Third Generation Semiconductor Research Institute
Priority to CN201910769904.3A priority Critical patent/CN110600990B/zh
Publication of CN110600990A publication Critical patent/CN110600990A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110600990B publication Critical patent/CN110600990B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0261Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

本发明提供一种柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,包括:S1:在GaN基激光器衬底层上形成第一GaN基激光器、在第一衬底上形成第一HEMT外延片;S2:干法刻蚀激光器n型电极区域、激光器台面结构、及HEMT台面结构;S3:湿法刻蚀第一HEMT外延片的第一衬底,获得第二HEMT外延片,去除GaN基激光器的GaN基激光器衬底层,获得第二GaN基激光器;S4:将第二GaN基激光器以及第二HEMT外延片分别转移至对应的临时衬底,获得第三GaN基激光器和第三HEMT外延片;S5:将第三GaN基激光器和第三HEMT外延片先后转移至第三衬底;第三衬底为柔性衬底;S6:制备钝化层及电极。本发明避免器件隔离性差、难以实现柔性集成的技术问题,实现了安全性高、机械柔性和轻薄性好的技术效果。

Description

一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备 方法
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域,具体涉及激光器以及半导体电力电子器件芯片的制备
背景技术
传统有机材料制备的半导体器件是目前柔性电子学最重要的组成部分之一。但由于有机半导体材料本身存在较低载流子迁移率,难以在高温下工作等缺陷,导致有机半导体器件不足以应对日益增长的柔性电子应用需求。AlGaN/GaN HEMT器件基于Ⅲ族氮化物材料,利用AlGaN/GaN异质结结构,无需故意掺杂,即可在异质结处形成高电子浓度导电沟道。因Ⅲ族氮化物本身具备的大禁带宽度,高电子迁移率,良好的热导率等优势,AlGaN/GaNHEMT器件在大功率,高工作频率,强耐压等器件应用领域均有良好的开发前景。类似的,对于Ⅲ族氮化物材料制备的半导体激光器器件,由于材料本身的优势所带来的高光效,高工作频率,高可靠性,结构紧凑等特点使得其广泛应用于激光通信,激光打印等领域。但由于GaN基激光器在工作稳定性和耐压性能等方面仍有待提升,因此可以利用GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT器件的单片集成,充分结合二者的优势,开发出更加高效与可靠的半导体功率器件。
由于无机材料和有机材料之间的巨大差异,现有的技术难以在有机衬底上直接生长Ⅲ族氮化物材料。因此,可以利用转移的方式,将无机衬底上制备的GaN基激光器和HEMT器件转移至选定的有机衬底上,在实现器件单片集成和保留无机器件性能优势的同时,保证了器件机械柔性和轻薄的需求。
现有技术一为专利公开号为CN106159671A的中国专利申请,其器件结构如图1所示。1-衬底,2-缓冲层,3-N型氮化镓,4-量子阱结构,5-有源层,6-P型氮化镓,7-本征氮化镓,8-二维电子气,9-势垒层,10-漏电极,11-栅电极,12-源电极,13-连接电极,14-P型电极,15-N型电极,其中1-6层构成了激光器,7-15层为HEMT结构。其公开了一种水平结构半导体激光器与HEMT的集成方法,通过外延生长以及刻蚀技术,在不改变GaN基LD体积的前提下,实现了GaN基HEMT与LD的单片集成。
现有技术一的缺点在于其依靠二次外延生长实现的单片集成,但目前难以在有机衬底上直接外延生长无机材料,因此,外延生长的方式来得到良好性能的柔性GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT单片集成器件存在技术上的困难,并不适用。
现有技术二为专利公开号为CN108847419A的中国专利申请,其器件结构如图2所示。100-衬底,210为HEMT结构,其中211为沟道层,212为空间层,213为势垒层,214源极,215栅极。220为发光二极管结构。其中221为n型层,222为有源区,223为p型层,224为p型电极。其公开了一种水平结构发光二极管与HEMT的集成方法,通过外延生长以及刻蚀技术,利用发光二极管n型层与HEMT的沟道层的直接接触,形成有效的器件单片串联集成。
现有技术二的缺点在于其实现的是发光二极管与HEMT的集成,发光二极管与GaN基激光器相比,不具备高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。而且发光二极管的光电调制带宽通常仅为MHz量级,远低于半导体激光器的GHz的调制带宽,因此该器件不适用于可见光通信等对器件响应速度有着高要求的场合。此外,该器件同样利用衬底外延生长技术制备,难以实现柔性器件集成。
发明内容
为克服现有技术的不足,避免原有HEMT和GaN基激光器单片集成器件隔离性差、难以实现柔性集成的技术问题,提出一种器件尺寸小,结构紧凑、同时实现原无机衬底GaN基激光器与HEMT性能优势与机械柔性和轻薄性的器件制作方法。
一种柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,包括:
S1:在GaN基激光器衬底层上形成第一GaN基激光器、在第一衬底上形成第一HEMT外延片;
S2:通过干法刻蚀的方式顺序刻蚀获得激光器n型电极区域、激光器台面结构、及HEMT台面结构,所述激光器n型电极区域位于第一GaN基激光器外延结构上;
S3:通过湿法刻蚀的方式去除所述第一HEMT外延片的第一衬底,获得第二HEMT外延片,去除GaN基激光器的GaN基激光器衬底层,获得第二GaN基激光器;
S4:将所述第二GaN基激光器转移至第一临时衬底,获得第三GaN基激光器;将所述第二HEMT外延片转移至第二临时衬底,获得第三HEMT外延片;
S5:将第三GaN基激光器和第三HEMT外延片先后转移至第三衬底,通过粘附材料键合第三GaN基激光器与第三衬底、第三HEMT外延片与第三衬底;所述第三衬底为柔性衬底;
S6:制备钝化层及电极。
优选的,所述步骤2包括:
S2.1:通过ICP干法刻蚀在第一GaN基激光器外延结构内的激光器n型电极区域刻蚀至n型GaN层,所述激光器n型电极区域用于后续制备n型电极;
S2.2:通过ICP干法刻蚀在激光器n型电极区域选定区域内刻蚀至衬底层,制备激光器台面结构;
S2.3:通过ICP干法刻蚀在所述第一HEMT外延片内刻蚀至衬底,制备HEMT台面结构。
优选的,所述第一衬底材料包括但不限于Si,GaN,SiC等;所述第二衬底材料包括但不限于聚二甲基硅氧烷等;所述第三衬底包括但不限于PET衬底等。
优选的,所述S6包括:
S6.1:采用PECVD在GaN基激光器及第三HEMT外延片表面沉积SiO2钝化层;
S6.2:采用磁控溅射在GaN基激光器及第三HEMT外延片表面沉积金属电极,所述金属电极包括:GaN基激光器的p型电极与n型电极,HEMT的源电极、漏电极和栅电极;所述GaN基激光器的n型电极与所述HEMT的漏电极相连。
优选的,求4所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述步骤6.1包括:
根据金属电极位置及形状,采用CHF3气体进行干法刻蚀,BOE溶液进行湿法刻蚀顺序在所述SiO2钝化层开孔。
优选的,所述PECVD采用N2O,N2,SiH4的混合气体。
优选的,所述步骤2.1-2.3的ICP干法刻蚀所用掩膜为光刻胶掩膜,所用刻蚀气体为Cl2和BCl3的混合气体。
优选的,所述GaN基激光器的p型电极与n型电极,HEMT的源电极、漏电极和栅电极材料为Ti、Al、Ni、Au、Ag、Pt、TiNX中的一种或多种混合。
优选的,所述第三GaN基激光器包括从下至上垂直设置的:GaN缓冲层,n型AlGaN光限制层,n型GaN下波导层,InGaN/GaN量子阱结构,GaN上波导层,AlGaN电子阻挡层,p型AlGaN光限制层,第一临时衬底;所述第三HEMT外延片包括从下至上垂直设置的:高阻GaN缓冲层,GaN沟道层,AlGaN势垒层,第二临时衬底。
优选的,所述S5包括:
S5.1:通过粘附材料键合第三HEMT外延片的高阻GaN缓冲层与第三衬底,第三GaN基激光器的GaN缓冲层与第三衬底;
S5.2:通过紫外照射固化粘合材料,形成固化层;
S5.3:去除第一临时衬底和第二临时衬底。
优选的,所述S3包括:
S3.1:通过化学机械抛光的方式,将GaN基激光器和第一HEMT外延片的衬底减薄至100μm;
S3.2:通过氢氟酸、硝酸、醋酸的混合溶液,刻蚀GaN基激光器的GaN基激光器衬底层和第一HEMT外延片的第一衬底,剥离获得器件台面结构。
本发明提供的柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,通过ICP干法刻蚀工艺,在GaN基激光器和HEMT外延片上分别刻蚀出适合后续转移的台面结构,利用化学机械抛光的方式,对原无机衬底进行减薄处理,再结合湿法刻蚀工艺,通过针对不同材质衬底选取不同的湿法刻蚀反应溶液实现台面结构与原衬底的完全剥离。该方式剥离衬底具备速度快,选择范围广等优势,对于传统的Si衬底,蓝宝石衬底等都存在良好的适用性。衬底剥离完成后,再利用转移技术和临时衬底,将GaN基激光器和HEMT台面结构先后定向转移至选定的柔性材料衬底上,二者之间通过Norland等粘附材料键合,柔性衬底包括但不限于PDMS,PET等有机材料。该转移方式在保证了器件尺寸小,结构紧凑的同时,实现了GaN基激光器和HEMT于柔性衬底的单片集成。该集成器件同时实现了原无机衬底GaN基激光器与HEMT性能优势与机械柔性和轻薄性的结合。
附图说明
图1为现有技术一结构示意图;
图2为现有技术二结构示意图;
图3为实施例一提供的基于转移工艺实现的GaN基激光器和HEMT集成器件制作方法流程图
图4为实施例二的Si衬底的GaN基激光器的外延片结构示意图;
图5为实施例二的Si衬底HEMT的外延片结构示意图;
图6为实施例二的第一次刻蚀后的GaN基激光器的结构示意图;
图7为实施例二的第二次刻蚀后的GaN基激光器的台面结构示意图;
图8为实施例二的刻蚀后的HEMT的台面结构示意图;
图9为实施例二的去除Si衬底的GaN基激光器外延片结构示意图;
图10为实施例二的去除Si衬底的HEMT外延片结构示意图;
图11为实施例二的GaN基激光器和HEMT通过紫外固化胶键合至柔性衬底的结构示意图;
图12为实施例二的GaN基激光器和HEMT外延片表面SiO2钝化层示意图;
图13为实施例二的GaN基激光器和HEMT外延片表面金属电极示意图。
图中,100为GaN基激光器衬底层;110为GaN缓冲层。120为n型AlGaN光限制层;130为n型GaN下波导层;140为InGaN/GaN量子阱结构;150为GaN上波导层;160为AlGaN电子阻挡层;170为p型AlGaN光限制层;200为Si(111)衬底;210为高阻GaN缓冲层;220为GaN沟道层;230为AlGaN势垒层;300为PDMS临时衬底;400为PET衬底层;500为Norland紫外固化胶;600为SiO2钝化层;700为p型电极;710为n型电极;720为漏电极;730为源电极;740为栅电极。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施,有必要在此指出的是,以下实施只是用于本发明的进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整,仍然属于本发明的保护范围。
实施例一
本实施例提供一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法,如图3所示,包括如下步骤:
步骤1:利用半导体标准工艺在选定衬底材料上分别制备GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT外延结构;
步骤2:通过ICP干法刻蚀工艺分别在GaN基激光器外延结构选定区域刻蚀至n型GaN层以便于后续制备n型电极;
步骤3:通过ICP干法刻蚀工艺上述GaN基激光器外延结构选定区域刻蚀至衬底层,实现激光器台面结构制备,以便于后续转移;
步骤4:通过ICP干法刻蚀工艺在AlGaN/GaN HEMT外延结构选定区域刻蚀至衬底层以制备HEMT的台面结构,便于后续器件转移;
步骤5:通过化学抛光的方式,将GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT外延片的衬底减薄至小于100μm;
步骤6:通过选定湿法刻蚀溶液,对GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT外延片衬底层进行刻蚀,直至完全去除衬底,实现台面结构剥离;
步骤7:剥离的台面结构首先粘附至临时衬底,便于后续转移至柔性衬底;
步骤8:将临时衬底上的激光器和HEMT台面结构先后转移至选定的柔性衬底上,并通过Norland粘附材料实现器件键合;
步骤9:利用PECVD技术,在激光器和HEMT表面沉积SiO2钝化层;
步骤10:利用光刻技术选定电极沉积区域,并通过ICP干法刻蚀和溶液湿法刻蚀结合的方式,实现电极沉积区域开孔;
步骤11:利用磁控溅射等技术,在上述开孔区域沉积金属电极,金属电极中,GaN基激光器的n型电极与AlGaN/GaN HEMT的漏电极串联,实现器件的单片串联集成;
步骤1中,GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT的衬底材料包括但不限于Si,GaN,SiC等材料;
步骤2,3,4中,ICP干法刻蚀所用掩膜为光刻胶掩膜,刻蚀采用Cl2和BCl3的混合气体。
步骤7中,选用的临时衬底材料包括但不限于PDMS等材料。
步骤8中,选用的柔性衬底材料包括但不限于PET、PDMS等材料。
步骤9中,PECVD通过选用为N2O,N2,SiH4的混合气体实现SiO2钝化层沉积。
步骤10中,首先利用ICP进行干法刻蚀,所用气体为CHF3气体,再利用BOE溶液进行湿法刻蚀。
步骤11中,p型电极、n型电极、源电极、漏电极和栅电极为Ti、Al、Ni、Au、Ag、Pt、TiNX中的一种或多种材料。
由于难以通过外延生长的方式,直接在选定的有机衬底上生长无机的GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT器件,因此,本发明的构思是通过器件转移的方式,利用ICP干法刻蚀工艺分别在GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT外延片上刻蚀出用于后续转移的台面结构。再利用化学机械减薄的方式,实现衬底的减薄,并利用湿法刻蚀,使得衬底完全去除,台面结构剥离。剥离的台面结构利用PDMS等临时衬底和Norland等粘附材料,键合至选定的柔性衬底上。键合完成后的器件通过PECVD技术首先沉积一层SiO2钝化层以起到保护作用,在利用ICP干法刻蚀和溶液湿法刻蚀结合的方式,实现钝化层电极区域的开孔。最后在利用磁控溅射等技术,在开孔区沉积金属电极,完成器件制备。该器件在实现GaN基激光器和AlGaN/GaNHEMT单片集成的同时,还有效地保留了器件的优异性能,并且具备了良好的机械柔性和轻薄性。
实施例二
本实施例提供一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法,如图4-13所示,具体包括以下步骤:
步骤1:首先利用半导体标准工艺生长GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT外延结构。其中,GaN基激光器的Si衬底100的厚度为1000μm;Si衬底上生长的GaN缓冲层110的厚度为3μm;GaN缓冲层上的n型AlGaN光限制层120厚度为1μm,Al的组分为0.25;n型AlGaN光限制层上的n型GaN下波导层130厚度为100nm;n型GaN下波导层上的InGaN/GaN量子阱结构140包含至少一个InGaN/GaN量子阱,优选地,可以使用包含两个及以上InGaN/GaN量子阱的多量子阱结构;InGaN/GaN量子阱结构上的GaN上波导层150厚度为100nm;GaN上波导层上的AlGaN电子阻挡层160厚度为20nm,Al组分为0.2;AlGaN电子阻挡层上的p型AlGaN光限制层170厚度为400nm,Al组分为0.1。对于AlGaN/GaN HEMT外延结构,其Si衬底200厚度为1000μm;Si衬底上的GaN高阻缓冲层210的厚度为4μm;GaN高阻缓冲层上的GaN沟道层220厚度为100nm;GaN沟道层上的AlGaN势垒层230的厚度为30nm,Al的组分为0.25。
步骤2:选取S1818光刻胶作为刻蚀掩膜,通过反应耦合等离子刻蚀机(Oxford)对GaN基激光器选定区域进行第一次干法刻蚀以便于后续制备n型电极,刻蚀气体为Cl2、BCl3的混合气体,刻蚀深度至n型GaN层;
步骤3:选取S1818光刻胶作为刻蚀掩膜,通过反应耦合等离子刻蚀机(Oxford)对GaN基激光器选定区域进行第二次干法刻蚀以制备激光器台面结构,刻蚀气体为Cl2、BCl3的混合气体,刻蚀深度至Si衬底层;
步骤4:选取S1818光刻胶作为刻蚀掩膜,通过反应耦合等离子刻蚀机(Oxford)对AlGaN/GaN HEMT选定区域进行干法刻蚀以制备HEMT台面结构,刻蚀气体为Cl2、BCl3的混合气体,刻蚀深度至Si衬底层;
步骤5:通过化学机械抛光的方式,将GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT的Si衬底减薄至100μm;
步骤6:通过氢氟酸、硝酸、醋酸的混合溶液,实现GaN基激光器和AlGaN/GaNHEMT外延片Si衬底的完全刻蚀,器件台面结构剥离;
步骤7:选取PDMS为临时衬底材料,通过转移技术,利用分子间作用力将GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT剥离的台面结构分别粘附至PDMS临时衬底300上;
步骤8:通过转移技术,将GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT台面结构先后转移至选定的柔性衬底上,本实施例中选用的柔性衬底为PET衬底400,PET衬底与台面结构之间通过Norland 63紫外固化胶键合。键合采用365nm的紫外光照射并固化紫外固化胶,形成固化层500;
步骤9:利用等离子增强化学气相沉积机(Oxford),实现器件表面SiO2钝化层600的沉积,反应气体选用N2O,N2,SiH4的混合气体;
步骤10:用S1818光刻胶作为掩膜,通过反应耦合等离子刻蚀机(Oxford)刻蚀选定的SiO2钝化层区域,刻蚀气体为CHF3,再利用BOE溶液对同一区域的SiO2进行湿法刻蚀,直至完全暴露出选定的电极沉积区域;
步骤11:采用S1818光刻胶作为掩膜,通过使用磁控溅射机(Kurt J.Lesker),分别沉积p型电极700,n型电极710,漏电极720与源电极730,电极采用Ti/Al/Ni/Au四种金属组合,其中GaN激光器的n型电极与HEMT的漏电极之间串联。然后在870℃、N2气氛下快速退火30秒以形成良好的欧姆接触;
步骤12:采用S1818光刻胶作为掩膜,通过使用磁控溅射机(Kurt J.Lesker),沉积栅电极740,电极采用Ni/Au两种金属组合,为肖特基接触。
本发明基于器件转移技术,实现了柔性GaN基激光器和HEMT的单片串联集成。该方法无需在有机衬底上直接外延生长无机材料,而是通过转移的方式,将无机衬底上的GaN基激光器和HEMT转移并键合至新的有机衬底上,在有效地保留了器件性能的同时,还实现了器件的柔性和超薄性。此外,本发明还实现了GaN基激光器和HEMT的单片集成,单片集成器件充分结合了二者的优势,最大程度的减少了器件尺寸的同时,还提高了整体系统的稳定性和安全性,非常适用于可见光通信,激光打印等领域。该转移方式可用于批量器件转移,实现大规模工业生产。
以上内容仅为结合本发明的实施例对本发明所作的描述说明,本发明具体实施例不仅限于此范围。凡是利用本发明书构思所作的简单替换,包括直接或间接运用相关技术,都应属于本发明保护范围。

Claims (11)

1.一种柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,包括:
S1:在GaN基激光器衬底层上形成第一GaN基激光器、在第一衬底上形成第一HEMT外延片;
S2:通过干法刻蚀的方式顺序刻蚀获得激光器n型电极区域、激光器台面结构、及HEMT台面结构,所述激光器n型电极区域位于第一GaN基激光器外延结构上;
S3:通过湿法刻蚀的方式去除所述第一HEMT外延片的第一衬底,获得第二HEMT外延片,去除GaN基激光器的GaN基激光器衬底层,获得第二GaN基激光器;
S4:将所述将所述第二GaN基激光器转移至第一临时衬底,获得第三GaN基激光器;将所述第二HEMT外延片转移至第二临时衬底,获得第三HEMT外延片;
S5:将第三GaN基激光器和第三HEMT外延片先后转移至第三衬底,通过粘附材料键合第三GaN基激光器与第三衬底、第三HEMT外延片与第三衬底;所述第三衬底为柔性衬底;
S6:制备钝化层及电极。
2.一种如权利要求1所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述步骤2包括:
S2.1:通过ICP干法刻蚀在第一GaN基激光器外延结构内的激光器n型电极区域刻蚀至n型GaN层,所述激光器n型电极区域用于后续制备n型电极;
S2.2:通过ICP干法刻蚀在激光器n型电极区域内选定区域刻蚀至衬底层,制备激光器台面结构;
S2.3:通过ICP干法刻蚀在所述第一HEMT外延片内刻蚀至衬底,制备HEMT台面结构。
3.一种如权利要求1所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述第一衬底材料包括但不限于Si,GaN,SiC等;所述第二衬底材料包括但不限于聚二甲基硅氧烷等;所述第三衬底包括但不限于PET衬底等。
4.一种如权利要求1所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述S6包括:
S6.1:采用PECVD在GaN基激光器及第三HEMT外延片表面沉积SiO2钝化层;
S6.2:采用磁控溅射在GaN基激光器及第三HEMT外延片表面沉积金属电极,所述金属电极包括:GaN基激光器的p型电极与n型电极,HEMT的源电极、漏电极和栅电极;所述GaN基激光器的n型电极与所述HEMT的漏电极相连。
5.一种如权利要求4所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述步骤6.1包括:
根据金属电极位置及形状,采用CHF3气体进行干法刻蚀,BOE溶液进行湿法刻蚀顺序在所述SiO2钝化层开孔。
6.一种如权利要求4所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述PECVD采用N2O,N2,SiH4的混合气体。
7.一种如权利要求2所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述步骤2.1-2.3的ICP干法刻蚀所用掩膜为光刻胶掩膜,所用刻蚀气体为Cl2和BCl3的混合气体。
8.一种如权利要求1所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述GaN基激光器的p型电极与n型电极,HEMT的源电极、漏电极和栅电极材料为Ti、Al、Ni、Au、Ag、Pt、TiNX中的一种或多种混合。
9.一种如权利要求1所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述第三GaN基激光器包括从下至上垂直设置的:GaN缓冲层,n型AlGaN光限制层,n型GaN下波导层,InGaN/GaN量子阱结构,GaN上波导层,AlGaN电子阻挡层,p型AlGaN光限制层,第一临时衬底;所述第三HEMT外延片包括从下至上垂直设置的:高阻GaN缓冲层,GaN沟道层,AlGaN势垒层,第二临时衬底。
10.一种如权利要求9所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述S5包括:
S5.1:通过粘附材料键合第三HEMT外延片的高阻GaN缓冲层与第三衬底,第三GaN基激光器的GaN缓冲层与第三衬底;
S5.2:通过紫外照射固化粘合材料,形成固化层;
S5.3:去除第一临时衬底和第二临时衬底。
11.一种如权利要求1所述柔性GaN基激光器与HEMT单片集成器件的制备方法,其特征在于,所述S3包括:
S3.1:通过化学机械抛光的方式,将GaN基激光器和第一HEMT外延片的衬底减薄至100μm;
S3.2:通过氢氟酸、硝酸、醋酸的混合溶液,刻蚀GaN基激光器的GaN基激光器衬底层和第一HEMT外延片的第一衬底,剥离获得器件台面结构。
CN201910769904.3A 2019-08-20 2019-08-20 一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法 Active CN110600990B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910769904.3A CN110600990B (zh) 2019-08-20 2019-08-20 一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910769904.3A CN110600990B (zh) 2019-08-20 2019-08-20 一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110600990A true CN110600990A (zh) 2019-12-20
CN110600990B CN110600990B (zh) 2020-09-04

Family

ID=68854758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910769904.3A Active CN110600990B (zh) 2019-08-20 2019-08-20 一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110600990B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112607702A (zh) * 2020-12-16 2021-04-06 广东省科学院半导体研究所 基于胶粘层的GaN基HEMT器件柔性转移方法
CN113690267A (zh) * 2021-06-30 2021-11-23 河源市众拓光电科技有限公司 一种贴片式hemt-led的单片集成方法
CN115863382A (zh) * 2023-02-27 2023-03-28 长沙湘计海盾科技有限公司 一种新型GaN外延结构及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202896A (en) * 1991-07-16 1993-04-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Bipolar inversion channel field effect transistor laser
US20100240198A1 (en) * 2009-03-23 2010-09-23 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Method for fabricating semiconductor device
CN104377547A (zh) * 2014-11-19 2015-02-25 北京工业大学 一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构
CN106159671A (zh) * 2015-04-10 2016-11-23 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Ⅲ族氮化物HEMT与GaN激光器的集成单片及其制作方法
CN106549031A (zh) * 2016-11-25 2017-03-29 复旦大学 一种基于体GaN材料的单片集成器件及其制备方法
CN108847419A (zh) * 2018-07-10 2018-11-20 南方科技大学 一种单片集成半导体阵列器件及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202896A (en) * 1991-07-16 1993-04-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Bipolar inversion channel field effect transistor laser
US20100240198A1 (en) * 2009-03-23 2010-09-23 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Method for fabricating semiconductor device
CN104377547A (zh) * 2014-11-19 2015-02-25 北京工业大学 一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构
CN106159671A (zh) * 2015-04-10 2016-11-23 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Ⅲ族氮化物HEMT与GaN激光器的集成单片及其制作方法
CN106549031A (zh) * 2016-11-25 2017-03-29 复旦大学 一种基于体GaN材料的单片集成器件及其制备方法
CN108847419A (zh) * 2018-07-10 2018-11-20 南方科技大学 一种单片集成半导体阵列器件及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112607702A (zh) * 2020-12-16 2021-04-06 广东省科学院半导体研究所 基于胶粘层的GaN基HEMT器件柔性转移方法
CN113690267A (zh) * 2021-06-30 2021-11-23 河源市众拓光电科技有限公司 一种贴片式hemt-led的单片集成方法
CN115863382A (zh) * 2023-02-27 2023-03-28 长沙湘计海盾科技有限公司 一种新型GaN外延结构及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN110600990B (zh) 2020-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI732925B (zh) 與工程基板整合之電力元件
TWI240434B (en) Method to produce semiconductor-chips
US9362198B2 (en) Semiconductor devices with a thermally conductive layer and methods of their fabrication
CN110085518B (zh) 一种选择性电化学方法剥离的可转移GaN薄膜及其器件的制备方法
US8134169B2 (en) Patterned substrate for hetero-epitaxial growth of group-III nitride film
CN110600990B (zh) 一种基于柔性衬底的GaN基激光器与HEMT的器件转移制备方法
CN110112215B (zh) 兼具栅介质与刻蚀阻挡功能结构的功率器件及制备方法
WO2014205003A1 (en) Trench high electron mobility transistor
JP2020508278A (ja) 加工基板に集積されているrfデバイス
CN104752494B (zh) 金刚石材料欧姆接触电极及其制备方法和应用
WO2010020067A1 (en) Semiconductor light-emitting device with passivation layer
KR101758082B1 (ko) 질화물 반도체 소자의 제조 방법
JP2021506116A (ja) 加工基板上の集積デバイスのためのシステムおよび方法
CN102427107A (zh) 一种大功率白光led倒装芯片及其制作方法
CN111293173A (zh) 一种硅基氮化镓增强型hemt器件及其制备方法
CN110600470B (zh) 一种GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT集成器件制备方法
US20220310796A1 (en) Material structure for low thermal resistance silicon-based gallium nitride microwave and millimeter-wave devices and manufacturing method thereof
CN112236844A (zh) 硅上氮化镓器件中的寄生电容降低
CN117080183A (zh) 一种金刚石-单晶AlN-GaNAlGaN复合晶圆及其制备方法和应用
CN113690267B (zh) 一种贴片式hemt-led的单片集成方法
CN114582726A (zh) 一种GaN基HEMT器件及其制作方法
TWI692039B (zh) 半導體裝置的製作方法
CN111293179A (zh) 一种硅基氮化镓肖特基二极管及其制备方法
US20210210656A1 (en) Method for micro-led epitaxial wafer manufacturing and micro-led epitaxial wafer
CN115910781A (zh) 大尺寸晶圆透明GaNHEMT器件的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230418

Address after: No. 1088, Xueyuan Avenue, Taoyuan Street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: Southern University of Science and Technology

Address before: Taizhou building, No. 1088, Xueyuan Avenue, Xili University Town, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: SHENZHEN THIRD GENERATION SEMICONDUCTOR Research Institute

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230711

Address after: Building 1, Building 409, No. 1310 Kukeng Sightseeing Road, Kukeng Community, Guanlan Street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518109

Patentee after: Naweilang Technology (Shenzhen) Co.,Ltd.

Address before: No. 1088, Xueyuan Avenue, Taoyuan Street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: Southern University of Science and Technology

TR01 Transfer of patent right