CN113690267B - 一种贴片式hemt-led的单片集成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种贴片式HEMT‑LED的单片集成方法，包括：在衬底上生长LED外延层和HEMT外延层；对上述结构进行刻蚀得到HEMT区域和LED区域；在HEMT区域制备漏电极、栅电极；在LED区域制备电极孔结构、Ag反射层和Bar金属层；在上述电极孔结构制备N电极得到外延片；通过键合工艺将上述外延片与键合外延片键合；减薄原外延片衬底，使表面粗化；减薄键合外延片衬底，暴露出贴片式电极，即得。本发明通过HEMT对LED进行驱动，将电流控制的LED转变为电压控制，所有电极均位于器件的背光侧，有效提升了集成器件的出光面积，通过单片集成减少了封装组件引入的寄生效应，实现微型化、性能稳定的集成系统。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种贴片式HEMT-LED的单片集成方法。
背景技术
随着人们对半导体技术研究的深入，发光性能稳定的LED出现了越来越多的新应用领域，例如液晶显示器(LCD)背光，基于LED的光谱学，可见光通信(VLC)和光遗传学技术。对于能够实现高数据传输速率的可见光通信系统，高带宽且具有快速调制速度的LED光源至关重要。贴片式LED是一种新型表面贴装式半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点，发光颜色包括白光在内的各种颜色，因此被广泛应用在各种电子产品上。
LED光源作为一种电流驱动器件，通常以LED电流作为反馈参数，并用各种方法进行调制，例如脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)和脉冲编码调制(PCM)等。这类电流控制的调制方案，需要非常复杂的控制回路和过压保护方案，并且随着LED分支的增多，复杂性将进一步增加。相反，当将LED电压用作反馈参数时，可以使控制环路变得简单，可以针对各种应用灵活调整电压输出，因此，压控的LED非常适合作为调制光源。GaN HEMT凭借其优异的耐压、耐高温特性和具有高电子迁移率的二维电子气在功率器件和射频器件中均受到重点关注，相比于常规LED驱动器中的硅器件，具有高电子迁移率的GaN HEMT功率器件具有更高的开关速度，可以有效实现快速调制并降低功耗，通过将GaN HEMT与LED单片集成以形成三端口器件，有望实现高性能的电压控制光源。
目前，传统的HEMT与LED单片集成方法的金属互联工艺，将引入寄生电阻，且部分的电极位于器件的发光侧，遮挡了部分的光源，影响器件性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其结构简单，利用高频HEMT驱动LED器件，实现对LED单点驱动和LED的电压控制，贴片式电极位于器件的背光侧，不遮挡出光，可确保本发明集成芯片的光效。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种贴片式HEMT-LED的单片集成方法，包括以下步骤：
S1：取衬底，在衬底上生长LED外延层和HEMT外延层，形成HEMT-LED外延结构；其中，所述LED外延层由自下而上设置的AlGaN/AlN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、p-GaN层组成；所述HEMT外延层由自下而上设置的GaN沟道层、AlGaN势垒层组成；
S2：对上述HEMT-LED外延结构进行光刻、ICP刻蚀工艺处理，得到HEMT区域和LED区域；
S3：利用Mg掺杂工艺，修复由于ICP刻蚀对LED区域上的p-GaN层造成的损伤；
S4：在HEMT区域上依次制备漏电极、栅电极；
S5：在LED区域的第一区域上制备嵌入式电极孔结构，在LED区域的第二区域上沉积Ag反射层和Bar金属层，使由HEMT区域的GaN沟道层、AlGaN势垒层所形成的AlGaN/GaN二维电子气沟道与Bar金属层相连；
S6：在上述嵌入式电极孔结构处生长钝化层，并制备嵌入式的N电极，得到HEMT-LED外延片；
S7：通过键合工艺将步骤S6制备的HEMT-LED外延片与另一沉积了贴片式电极的键合外延片键合，实现衬底转移；
S8：减薄步骤S7的HEMT-LED外延片的衬底，暴露出LED区域的n-GaN层，然后用碱液对n-GaN层表面进行粗化，增加光效；减薄键合外延片的衬底，暴露出贴片式电极，得到贴片式HEMT-LED的单片集成芯片。
进一步地，在步骤S1中，所述AlGaN势垒层的Al组分浓度为0.2-0.3；所述InGaN/GaN多量子阱层的周期为5-9个周期。
进一步地，在步骤S1中，所述衬底为Si、SiC中的一种；在步骤S6中，所述钝化层为SiO2或Si3N4。
进一步地，在步骤S2中，HEMT区域与LED区域的面积比为3:1～2:1。
进一步地，在步骤S4中，漏电极为Ti/Al/Ni/Au多金属层，栅电极为Ni/Au多金属层；在步骤S5中，Bar金属层为Ni/Ag/Cr/Pt/Au合金层；在步骤S6中，嵌入式的N电极为Cr/Al/Ti/Ni/Au合金。
进一步地，在步骤S5中，嵌入式电极孔结构的制备为：通过光刻、显影，并使用ICP刻蚀，在LED区域上除去p-GaN层、AlGaN电子阻挡层和InGaN/GaN多量子阱层，直至暴露出n-GaN层，形成深孔结构的嵌入式电极孔结构。
进一步地，在步骤S7中，利用Au/Sn合金对准键合工艺，将HEMT-LED外延片上的电极与键合外延片上的电极进行对准键合。
进一步地，在步骤S8中，碱液为NaOH溶液、KOH溶液中的一种，碱液的使用温度为70℃。
进一步地，在步骤S8中，对键合外延片的衬底进行减薄处理，保留该衬底的厚度为100μm-150μm。
进一步地，在步骤S8中，贴片式电极包括LED的贴片N电极、HEMT的贴片漏电极及HEMT的贴片栅电极。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，实现了贴片式HEMT与LED单片集成，通过HEMT对LED进行驱动，将电流控制的LED光源转变为电压控制，且所有电极均位于器件的背光侧，有效提升了集成器件的出光面积，通过单片集成减少了封装组件引入的寄生效应，实现微型化、性能稳定的集成系统。
其中，(1)实现了贴片式HEMT与LED单片集成，所有电极都位于器件背面，不遮挡出光，能够有效提升LED的光效，便于封装于PCB板中。
(2)利用高频HEMT驱动LED器件，实现对LED的电压控制，灵活调整电压输出，可以有效简化调制控制环路的方案。
附图说明
图1为本发明的贴片式HEMT与LED的单片集成器件的结构示意图；
图2为本发明的单片集成方法的步骤S1中在衬底上生长后所形成HEMT-LED外延结构的结构示意图；
图3为在图2的基础上外延结构经过步骤S2-S7时所形成具有HEMT漏栅电极和LED的N电极的外延片的结构示意图；
图4为本发明的单片集成方法的步骤S8中HEMT-LED外延片与键合外延片的键合过程的示意图。
图中：1、衬底；2、AlGaN/AlN缓冲层；3、n-GaN层；4、InGaN/GaN多量子阱层；5、AlGaN电子阻挡层；6、p-GaN层；7、GaN沟道层；8、AlGaN势垒层；9、第一钝化层；10、漏电极；11、栅电极；12、Ag反射层；13、Bar金属层；14、N电极；15、键合金属层；17、贴片漏电极；18、贴片栅电极；19、贴片N电极；20、转移衬底；21、第二钝化层。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参阅图1，为本发明的一较佳的实施例的贴片式HEMT与LED的单片集成器件，该单片集成器件分为HEMT区域和LED区域，HEMT区域与LED区域的面积比为3:1～2:1。
具体的，HEMT区域包括从下到上依次分布的转移衬底20、HEMT的贴片栅漏电极10、键合金属层15、第一钝化层9、栅漏电极10、AlGaN势垒层8、GaN沟道层7、p-GaN层6、AlGaN电子阻挡层5、InGaN/GaN多量子阱层4、n-GaN层3和第二钝化层21；其中，HEMT的贴片栅漏电极10包括贴片栅电极18和贴片漏电极17，栅漏电极10包括栅电极11和漏电极10，贴片栅电极18与栅电极11通过键合金属层15相连，贴片漏电极17与漏电极10通过键合金属层15相连。
LED区域包括从下到上依次分布的转移衬底20、LED的贴片N电极19、键合金属层15、N电极14、第一钝化层9、Bar金属层13、Ag反射层12、p-GaN层6、AlGaN电子阻挡层5、InGaN/GaN多量子阱层4、n-GaN层3和第二钝化层21；其中，Bar金属层13与HEMT区域的GaN沟道层7、AlGaN势垒层8所形成的AlGaN/GaN二维电子气沟道相连，Ag反射层12镶嵌在Bar金属层13中，Bar金属层13的顶部、Ag反射层12的顶部均与p-GaN层6接触，Bar金属层13与N电极14通过第一钝化层9隔开；N电极14的表面设有第一钝化层9，其两端无钝化层，N电极14以嵌入电极的形式均匀分布于LED中，其一端与键合金属层15相连，另一端延伸至n-GaN层3的内部。
在其中一实施例中，贴片栅电极18为Ni/Au多金属层，贴片漏电极17为Ti/Al/Ni/Au多金属层；漏电极10为Ti/Al/Ni/Au多金属层，栅电极11为Ni/Au多金属层；第一键合金属层15为Ni/Sn/Au/Sn的多层金属层；第一钝化层9为SiO2或Si3N4；转移衬底20为Si、SiC中的一种；InGaN/GaN多量子阱层4的周期为5-9个周期；所述AlGaN势垒层8的Al组分浓度为0.2-0.3(数值为摩尔比，Al占Al和Ga元素总和的摩尔比)；Bar金属层13为Ni/Ag/Cr/Pt/Au合金层；N电极14(即嵌入式的N电极14)为Cr/Al/Ti/Ni/Au合金。
上述的单片集成器件利用高频HEMT驱动LED器件，实现对LED的电压控制，灵活调整电压输出，可以有效简化调制控制环路的方案。
本发明的一种贴片式HEMT-LED的单片集成方法，包括以下步骤：
S1：取衬底1，利用MOCVD技术在衬底1上生长LED外延层和HEMT外延层，形成HEMT-LED外延结构，如图2所示；其中，所述LED外延层由自下而上设置的AlGaN/AlN缓冲层2、n-GaN层3、InGaN/GaN多量子阱层4、AlGaN电子阻挡层5、p-GaN层6组成；所述HEMT外延层由自下而上设置的GaN沟道层7、AlGaN势垒层8组成；即HEMT外延层是在LED外延层的基础上生长；
S2：对上述HEMT-LED外延结构通过光刻、显影，进行光刻、ICP刻蚀工艺处理，刻蚀掉AlGaN势垒层8、GaN沟道层7，直至暴露出LED外延结构的p-GaN层6，使集成器件分为HEMT区域和LED区域；
S3：利用Mg掺杂工艺，对暴露出来p-GaN层6进行Mg扩散掺杂，修复由于ICP刻蚀对LED区域上的p-GaN层6造成的损伤；
S4：通过光刻、电子束蒸发的方法，在HEMT区域上沉积多层金属Ti/Al/Ni/Au，并在氮气氛围850℃的温度下退火30秒，形成欧姆接触的漏电极10；通过光刻、电子束蒸发的方法，在HEMT区域沉积多层金属Ni/Au，形成肖特基接触的栅电极11；
S5：在步骤S2所划分的HEMT、LED区域，再次通过光刻和ICP刻蚀，使HEMT器件和LED器件之间隔离；
S6：在步骤S4所得的芯片的HEMT区域表面，利用PECVD技术沉积钝化层，起到对AlGaN/GaN异质结保护的作用；通过光刻、显影，在LED区域的第一区域上使用ICP刻蚀，除去p-GaN层6、AlGaN电子阻挡层5、InGaN/GaN多量子阱层4直至暴露出n-GaN层3，形成LED的N电极14的嵌入式电极孔结构，再通过光刻、电子束蒸发的方法，在LED区域的第二区域的p-GaN层6表面上沉积一层厚的Ag反射层12，第一区域与第二区域为不同的区域；
接着，经过光刻、显影，使用BOE溶液进行湿法刻蚀，形成所需要的银反射层图形；其中，BOE溶为液缓冲氧化物刻蚀液，由氢氟酸(49％)与水或氟化铵与水混合而成；然后，通过Bar光刻，采用电子束蒸发和热蒸发的方式，在银反射层图形边缘依次沉积金属Ni/Ag/Cr/Pt/Au，形成Bar金属层13，使由HEMT区域的GaN沟道层7、AlGaN势垒层8所形成的AlGaN/GaN二维电子气沟道与Bar金属层13相连；
S7：利用PECVD技术，在步骤S6所产生的嵌入式电极孔结构处生长钝化层，起到保护和隔绝p-GaN层6和InGaN/GaN多量子阱层4的作用，其中，钝化层的侧壁厚度为0.5μm-5μm；通过光刻、BOE湿法刻蚀，除去在孔状结构中钝化层，直至暴露出n-GaN层3；再通过光刻，用电子束蒸发的方式，在上述所刻蚀的孔状结构的区域沉积Ti/Al/Ti/Au电极，并在200℃的N2氛围下退火1min，形成LED的嵌入式的N电极14(即本发明采用了两次使用ICP对LED区域的嵌入式电极孔结构的部分进行开孔刻蚀，两次刻蚀中间，再使用PECVD生长钝化层对LED的N电极14进行保护)，如图3所示；然后，通过光刻、BOE湿法刻蚀，除去HEMT区域中的漏电极10、栅电极11正上方的钝化层，接着，通过光刻、电子束蒸发的方式，在外延片上依次沉积Ni/Sn/Au/Sn合金作为键合金属层15，得到具有键合金属层15的HEMT-LED外延片；
S8：通过键合工艺将步骤S7制备的HEMT-LED外延片与另一沉积了Ni/Sn/Au/Sn的多层金属和贴片式电极的键合外延片键合，如图4所示，实现衬底1转移；
S9：减薄步骤S8的HEMT-LED外延片的衬底1(具体为通过机械磨削减薄和化学腐蚀的方式去除HEMT-LED外延片的衬底1，并结合ICP干法刻蚀的方式，暴露出LED区域的n-GaN层3)，暴露出LED区域的n-GaN层3，然后用碱液对n-GaN层3表面进行粗化，增加光效，再采用PECVD生长钝化层保护n-GaN层3；减薄键合外延片的衬底1，暴露出贴片式电极，得到贴片式HEMT-LED的单片集成芯片，如图1所示。
其中，所述AlGaN势垒层8的Al组分浓度为0.2-0.3；所述InGaN/GaN多量子阱层4的周期为5-9个周期；衬底1为Si、SiC中的一种；钝化层为SiO2或Si3N4；HEMT区域与LED区域的面积比为3:1～2:1；贴片式电极包括LED的贴片N电极19、HEMT的贴片漏电极17及HEMT的贴片栅电极18；碱液为NaOH溶液、KOH溶液中的一种，碱液的使用温度为70℃，使用方法为浸泡1-3min；对键合外延片的衬底1进行减薄处理，保留该衬底1的厚度为100μm-150μm。
上述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，实现了贴片式HEMT与LED单片集成，通过HEMT对LED进行驱动，将电流控制的LED光源转变为电压控制，且所有电极均位于器件的背光侧，有效提升了集成器件的出光面积，通过单片集成减少了封装组件引入的寄生效应，实现微型化、性能稳定的集成系统。
以下通过具体的实施例对其进一步地说明，但本发明的实施不限于此。
实施例1
一种贴片式HEMT-LED的单片集成方法，包括以下步骤：
S1：取衬底1，利用MOCVD技术在Si衬底1上生长LED外延层，所述LED外延层由自下而上设置的AlGaN/AlN缓冲层2、n-GaN层3、InGaN/GaN多量子阱层4、AlGaN电子阻挡层5、p-GaN层6组成；然后，继续生长HEMT外延层，所述HEMT外延层由自下而上设置的GaN沟道层7、AlGaN势垒层8组成，得到HEMT-LED外延结构；其中，AlGaN势垒层8的Al组分浓度为0.2；InGaN/GaN多量子阱层4的周期为5个周期；
S2：对上述HEMT-LED外延结构通过光刻、显影，进行光刻、ICP刻蚀工艺处理，刻蚀掉AlGaN势垒层8、GaN沟道层7，直至暴露出LED外延结构的p-GaN层6，使集成器件分面积比为3:1的HEMT区域和LED区域；
S3：利用Mg掺杂工艺，对暴露出来p-GaN层6进行Mg扩散掺杂，修复由于ICP刻蚀对LED区域上的p-GaN层6造成的损伤；
S4：通过光刻、电子束蒸发的方法，在HEMT区域上沉积多层金属Ti/Al/Ni/Au，并在氮气氛围850℃的温度下退火30秒，形成欧姆接触的漏电极10；通过光刻、电子束蒸发的方法，在HEMT区域沉积多层金属Ni/Au，形成肖特基接触的栅电极11；
S5：在步骤S2所划分的HEMT、LED区域，再次通过光刻和ICP刻蚀，使HEMT器件和LED器件之间隔离；
S6：在步骤S4所得的芯片的HEMT区域表面，利用PECVD技术沉积SiO2钝化层，起到对AlGaN/GaN异质结保护的作用；通过光刻、显影，在LED区域的第一区域上使用ICP刻蚀，除去p-GaN层6、AlGaN电子阻挡层5、InGaN/GaN多量子阱层4直至暴露出n-GaN层3，形成LED的N电极14的嵌入式电极孔结构，再通过光刻、电子束蒸发的方法，在LED区域的第二区域的p-GaN层6表面上沉积一层厚的Ag反射层12；
接着，经过光刻、显影，使用BOE溶液进行湿法刻蚀，形成所需要的银反射层图形；然后，通过Bar光刻，采用电子束蒸发和热蒸发的方式，在银反射层图形边缘依次沉积金属Ni/Ag/Cr/Pt/Au，形成Bar金属层13，使由HEMT区域的GaN沟道层7、AlGaN势垒层8所形成的AlGaN/GaN二维电子气沟道与Bar金属层13相连；
S7：利用PECVD技术，在步骤S6所产生的嵌入式电极孔结构处生长侧壁厚度为5μm的SiO2钝化层，起到保护和隔绝p-GaN层6和InGaN/GaN多量子阱层4的作用；通过光刻、BOE湿法刻蚀，除去在孔状结构中SiO2钝化层，直至暴露出n-GaN层3；再通过光刻，用电子束蒸发的方式，在上述所刻蚀的孔状结构的区域沉积Ti/Al/Ti/Au电极，并在200℃的N2氛围下退火1min，形成LED的嵌入式的N电极14；然后，通过光刻、BOE湿法刻蚀，除去HEMT区域中的漏电极10、栅电极11正上方的SiO2钝化层，接着，通过光刻、电子束蒸发的方式，在外延片上依次沉积Ni/Sn/Au/Sn合金作为键合金属层15，得到具有键合金属层15的HEMT-LED外延片；
S8：通过键合工艺将步骤S7制备的HEMT-LED外延片与另一沉积了Ni/Sn/Au/Sn的多层金属和贴片式电极的键合外延片键合，实现衬底1转移；
S9：通过机械磨削减薄和化学腐蚀的方式去除HEMT-LED外延片的衬底1，并结合ICP干法刻蚀的方式，暴露出LED区域的n-GaN层3，达到衬底1转移的目的；然后用30％的KOH溶液中浸泡1分钟，溶液的温度为70℃，对n-GaN层3表面进行粗化，增加光效，再采用PECVD生长SiO2钝化层保护n-GaN层3；
减薄键合外延片的衬底1，该衬底1的厚度为100μm，暴露出LED的贴片N电极19、HEMT的贴片漏电极17及HEMT的贴片栅电极18，得到贴片式HEMT-LED的单片集成芯片。该单片集成芯片的面积为1mm*1mm，相比于传统HEMT与LED单片集成方法，该系统的LED光输出功率提升10-12％，光效提升10％。
实施例2
一种贴片式HEMT-LED的单片集成方法，包括以下步骤：
S1：取衬底1，利用MOCVD技术在Si衬底1上生长LED外延层，所述LED外延层由自下而上设置的AlGaN/AlN缓冲层2、n-GaN层3、InGaN/GaN多量子阱层4、AlGaN电子阻挡层5、p-GaN层6组成；然后，继续生长HEMT外延层，所述HEMT外延层由自下而上设置的GaN沟道层7、AlGaN势垒层8组成，得到HEMT-LED外延结构；其中，AlGaN势垒层8的Al组分浓度为0.3；InGaN/GaN多量子阱层4的周期为9个周期；
S2：对上述HEMT-LED外延结构通过光刻、显影，进行光刻、ICP刻蚀工艺处理，刻蚀掉AlGaN势垒层8、GaN沟道层7，直至暴露出LED外延结构的p-GaN层6，使集成器件分面积比为2:1的HEMT区域和LED区域；
S3：利用Mg掺杂工艺，对暴露出来p-GaN层6进行Mg扩散掺杂，修复由于ICP刻蚀对LED区域上的p-GaN层6造成的损伤；
S4：通过光刻、电子束蒸发的方法，在HEMT区域上沉积多层金属Ti/Al/Ni/Au，并在氮气氛围850℃的温度下退火30秒，形成欧姆接触的漏电极10；通过光刻、电子束蒸发的方法，在HEMT区域沉积多层金属Ni/Au，形成肖特基接触的栅电极11；
S5：在步骤S2所划分的HEMT、LED区域，再次通过光刻和ICP刻蚀，使HEMT器件和LED器件之间隔离；
S6：在步骤S4所得的芯片的HEMT区域表面，利用PECVD技术沉积Si3N4钝化层，起到对AlGaN/GaN异质结保护的作用；通过光刻、显影，在LED区域的第一区域上使用ICP刻蚀，除去p-GaN层6、AlGaN电子阻挡层5、InGaN/GaN多量子阱层4直至暴露出n-GaN层3，形成LED的N电极14的嵌入式电极孔结构，再通过光刻、电子束蒸发的方法，在LED区域的第二区域的p-GaN层6表面上沉积一层厚的Ag反射层12；
接着，经过光刻、显影，使用BOE溶液进行湿法刻蚀，形成所需要的银反射层图形；然后，通过Bar光刻，采用电子束蒸发和热蒸发的方式，在银反射层图形边缘依次沉积金属Ni/Ag/Cr/Pt/Au，形成Bar金属层13，使由HEMT区域的GaN沟道层7、AlGaN势垒层8所形成的AlGaN/GaN二维电子气沟道与Bar金属层13相连；
S7：利用PECVD技术，在步骤S6所产生的嵌入式电极孔结构处生长侧壁厚度为0.5μm的Si3N4钝化层，起到保护和隔绝p-GaN层6和InGaN/GaN多量子阱层4的作用；通过光刻、BOE湿法刻蚀，除去在孔状结构中Si3N4钝化层，直至暴露出n-GaN层3；再通过光刻，用电子束蒸发的方式，在上述所刻蚀的孔状结构的区域沉积Ti/Al/Ti/Au电极，并在200℃的N2氛围下退火1min，形成LED的嵌入式的N电极14；然后，通过光刻、BOE湿法刻蚀，除去HEMT区域中的漏电极10、栅电极11正上方的Si3N4钝化层，接着，通过光刻、电子束蒸发的方式，在外延片上依次沉积Ni/Sn/Au/Sn合金作为键合金属层15，得到具有键合金属层15的HEMT-LED外延片；
S8：通过键合工艺将步骤S7制备的HEMT-LED外延片与另一沉积了Ni/Sn/Au/Sn的多层金属和贴片式电极的键合外延片键合，实现衬底1转移；
S9：通过机械磨削减薄和化学腐蚀的方式去除HEMT-LED外延片的衬底1，并结合ICP干法刻蚀的方式，暴露出LED区域的n-GaN层3，达到衬底1转移的目的；然后用30％的NaOH溶液中浸泡1分钟，溶液的温度为70℃，对n-GaN层3表面进行粗化，增加光效，再采用PECVD生长Si3N4钝化层保护n-GaN层3；
减薄键合外延片的衬底1，该衬底1的厚度为150μm，暴露出LED的贴片N电极19、HEMT的贴片漏电极17及HEMT的贴片栅电极18，得到贴片式HEMT-LED的单片集成芯片。该单片集成芯片的面积为1mm*1mm，相比于传统HEMT与LED单片集成方法，该系统的LED光输出功率提升10-12％，光效提升12％。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取衬底，在衬底上生长LED外延层和HEMT外延层，形成HEMT-LED外延结构；其中，所述LED外延层由自下而上设置的AlGaN/AlN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、p-GaN层组成；所述HEMT外延层由自下而上设置的GaN沟道层、AlGaN势垒层组成；
S2：对上述HEMT-LED外延结构进行光刻、ICP刻蚀工艺处理，得到HEMT区域和LED区域；
S3：利用Mg掺杂工艺，修复由于ICP刻蚀对LED区域上的p-GaN层造成的损伤；
S4：在HEMT区域上依次制备漏电极、栅电极；
S5：在LED区域的第一区域上制备嵌入式电极孔结构，在LED区域的第二区域上沉积Ag反射层和Bar金属层，使由HEMT区域的GaN沟道层、AlGaN势垒层所形成的AlGaN/GaN二维电子气沟道与Bar金属层相连；
S6：在上述嵌入式电极孔结构处生长钝化层，并制备嵌入式的N电极，得到HEMT-LED外延片；
S7：通过键合工艺将步骤S6制备的HEMT-LED外延片与另一沉积了贴片式电极的键合外延片键合，实现衬底转移；
S8：减薄步骤S7的HEMT-LED外延片的衬底，暴露出LED区域的n-GaN层，然后用碱液对n-GaN层表面进行粗化，增加光效；减薄键合外延片的衬底，保留该衬底的厚度为100μm-150μm，暴露出贴片式电极，得到贴片式HEMT-LED的单片集成芯片。
2.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S1中，所述AlGaN势垒层的Al组分浓度为0.2-0.3；所述InGaN/GaN多量子阱层的周期为5-9个周期。
3.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S1中，所述衬底为Si、SiC中的一种；在步骤S6中，所述钝化层为SiO2或Si3N4。
4.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S2中，HEMT区域与LED区域的面积比为3:1～2:1。
5.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S4中，漏电极为Ti/Al/Ni/Au多金属层，栅电极为Ni/Au多金属层；在步骤S5中，Bar金属层为Ni/Ag/Cr/Pt/Au合金层；在步骤S6中，嵌入式的N电极为Cr/Al/Ti/Ni/Au合金。
6.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S5中，嵌入式电极孔结构的制备为：通过光刻、显影，并使用ICP刻蚀，在LED区域上除去p-GaN层、AlGaN电子阻挡层和InGaN/GaN多量子阱层，直至暴露出n-GaN层，形成深孔结构的嵌入式电极孔结构。
7.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S7中，利用Au/Sn合金对准键合工艺，将HEMT-LED外延片上的电极与键合外延片上的电极进行对准键合。
8.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S8中，碱液为NaOH溶液、KOH溶液中的一种，碱液的使用温度为70℃。
9.根据权利要求1所述的贴片式HEMT-LED的单片集成方法，其特征在于，在步骤S8中，贴片式电极包括LED的贴片N电极、HEMT的贴片漏电极及HEMT的贴片栅电极。
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