CN115064563A - 一种hemt与蓝光led单片集成芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体制造技术领域，本发明公开了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法。本发明所述集成芯片包括在衬底上生长HEMT外延层和LED外延层；对上述结构进行刻蚀得到HEMT区域和LED区域；在HEMT区域制备源极、漏极、栅极；在LED区域制备透明导电层、电流阻挡层、镜面反射层、N型电极、P型电极，并通过金属桥将HEMT和LED连接；本发明通过HEMT的控制，进行对LED的驱动，由电流控制转变为电压控制，通过共享同一材料平台的单片集成，可以大大降低照明系统的制造成本和尺寸，减小寄生效应，为功能性和稳定性双优异的集成芯片的研究奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法。
背景技术
GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、电子饱和速度高等优点，电子器件尤其以GaN/AlGaN异质结HEMT器件为主，由于自发极化和压电极化效应，氮化物异质结构在界面处能够形成高浓度二维电子气，并且由于大的电子迁移率，很适合用于高频功率器件。既可以在散热特性好的SiC衬底上生长，也可以在低价格、工艺成熟的Si衬底上生长。除了在高频器件外，氮化物在光电器件方面也有很突出的应用，禁带宽度范围覆盖整个光谱，以蓝光LED为主，不但使得照明效率大大提高，相比较传统的荧光灯和白炽灯，工作时间更长。随着最近智能照明应用的激增，发光二极管(LED)与场效应晶体管(FET)的单片集成需求增加，这通常涉及外接电路设计。通过共享同一材料平台的单片集成，可以大大降低照明系统的制造成本和尺寸，为广泛的应用提供强大的功能性和稳定性。
目前用于GaN HEMT-LED单片集成的方法主要有两种：一、非金属接触，AlGaN/GaNHEMT结构通过MOCVD在蓝宝石衬底上进行生长，在LED生长和表征之后，通过等离子体增强化学气相沉积PECVD沉积SiO2层，通过光刻和缓冲氧化物蚀刻BOE形成图案，用于选择性生长HEMT结构。HEMT的2DEG通过外延层的紧密接触横向连接到LED的N型GaN电极，无需外部金属互连。二、金属接触，LED在外延生长时直接生长在HEMT表面，后续进行刻蚀，露出HEMT，HEMT漏电极通过金属桥和LED N型电极进行连接。此方法可减少二次外延带来的消耗以及缺陷的形成。
但是HEMT外延结构生长时的温度高于LED，进行二次外延，在高温下产生的缺陷会降低量子阱的发光效率。并且，二次外延是基于LED外延结构刻蚀的基础上进行的，刻蚀产生的损伤对HEMT界面处生长质量会有较大影响，引起导通电阻变大。因此，发展制备工艺简单、导电性能优异的集成芯片成为本领域亟需。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片及其制备方法，解决了现有的单片集成芯片的合成方法存在的二次外延在高温下产生的缺陷会降低量子阱的发光效率，刻蚀产生的损伤对HEMT界面处生长质量会有较大影响，引起导通电阻变大等问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，所述集成芯片包括HEMT区域和LED区域，所述HEMT区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、SiO2钝化层及HEMT电极层；所述HEMT电极层包括源电极、漏电极及栅电极；所述LED区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电极；所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED区域的N电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。
作为优选，所述衬底独立地为蓝宝石衬底；所述AlN缓冲层与衬底接触，AlN缓冲层的厚度独立地为14～16nm。
作为优选，GaN沟道层独立地为非故意掺杂GaN层，厚度独立地为200～300nm。
作为优选，所述AlGaN势垒层的Al的掺杂浓度独立地为0.2～0.3wt％，AlGaN势垒层的厚度独立地为20～30nm，GaN帽层的厚度独立地为2nm。
作为优选，所述N-GaN层为Si掺杂的GaN层，厚度为1.5～2.5μm，Si的掺杂浓度为2.2×1019wt％；所述InGaN/GaN多量子阱层为周期性交叠的InGaN/GaN层，厚度为130～140nm。
作为优选，所述P-GaN层为Mg掺杂的GaN层，厚度为580～620nm，Mg的掺杂浓度为1.5×1019wt％。
作为优选，所述源电极、漏电极、N电极、P电极独立地为欧姆接触，源电极、漏电极、N电极、P电极为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金。
作为优选，所述金属桥为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金；所述栅电极为肖特基接触，栅电极为Ni和Au的合金。
作为优选，HEMT区域与LED区域的面积比为1～3：1～2。
本发明还提供了所述HEMT与蓝光LED单片集成芯片制备方法，包括如下步骤：
S1：提供蓝宝石衬底，在衬底上生长HEMT外延层和LED外延层，形成HEMT-LED结构；所述HEMT结构自下而上由蓝宝石衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层组成；所述LED结构自下而上由AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层组成；
S2：对所述HEMT-LED外延结构进行清洗、光刻、ICP刻蚀，得到HEMT区域和LED区域；
S3：在LED区域上通过PECVD沉积SiO2形成电流阻挡层和金属桥台阶；
S4：在LED区域上顺次进行ITO蒸镀和退火处理；
S5：对HEMT区域进行清洗、光刻、ICP刻蚀，在HEMT区域和LED区域制备源电极、漏电极/N电极、P电极；
S6：在HEMT区域上制备栅电极，随后通过PECVD沉积SiO2进行钝化，形成钝化层，得HEMT-LED外延片；
S7：减薄HEMT-LED外延片的衬底；
S8：背面蒸镀DBR反射层，得到HEMT与蓝光LED单片集成芯片。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明通过一次性外延，减少了消耗以及缺陷的产生，在减薄衬底后背镀DBR反射层，提高了器件的光输出功率。同时，增大金属电极的接触面积，增大散热效果，有效的提高发光效率和可靠性。金属桥的存在使得LED由HEMT控制，形成电压驱动，集成系统得以微型化。相比较二次金属蒸镀，该系统在测试电流不变的情况下，光输出功率提高5％，输出功率降低3％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所得HEMT与蓝光LED单片集成芯片的结构图，其中，0—蓝宝石衬底；1—DBR反射层；2—AlN缓冲层；3—GaN沟道层；4—AlGaN势垒层；5—GaN帽层；6—N-GaN层；7—InGaN/GaN多量子阱层；8—P-GaN层；9—透明导电层；10—电流阻挡层；11—P电极；12—漏电极/N极(金属桥)；13—电极桥；14—栅电极；15—钝化层；16—源电极；
图2为本发明实施例1所得HEMT与蓝光LED单片集成芯片的俯视结构图；
图3为本发明实施例1所得HEMT与蓝光LED单片集成芯片外延的结构图；
图4为本发明实施例1所得HEMT与蓝光LED单片集成芯片外延的结构上的源电极、漏电极、栅电极、N电极、P电极、金属桥的结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，所述集成芯片包括HEMT区域和LED区域，所述HEMT区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、SiO2钝化层及HEMT电极层；所述HEMT电极层包括源电极、漏电极及栅电极；所述LED区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电极；所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED区域的N电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。
在本发明中，所述衬底独立地为蓝宝石衬底；所述AlN缓冲层与衬底接触，AlN缓冲层的厚度独立地优选为14～16nm，进一步优选为15nm。
在本发明中，GaN沟道层独立地为非故意掺杂GaN层，厚度独立地优选为200～300nm，进一步优选为230～280nm。
在本发明中，所述AlGaN势垒层的Al的掺杂浓度独立地优选为0.2～0.3wt％，进一步优选为0.22～0.28wt％；AlGaN势垒层的厚度独立地优选为20～30nm，进一步优选为25nm；GaN帽层的厚度独立地为2nm。
在本发明中，所述N-GaN层为Si掺杂的GaN层，厚度优选为1.5～2.5μm，进一步优选为1.8～2μm；Si的掺杂浓度为2.2×1019wt％；所述InGaN/GaN多量子阱层为周期性交叠的InGaN/GaN层，厚度优选为130～140nm，进一步优选为132～138nm。
在本发明中，所述P-GaN层为Mg掺杂的GaN层，厚度优选为580～620nm，进一步优选为600～610nm；Mg的掺杂浓度为1.5×1019wt％。
在本发明中，所述源电极、漏电极、N电极、P电极独立地为欧姆接触，源电极、漏电极、N电极、P电极优选为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金，进一步优选为Cr、Ti、Au中的至少两种金属组成的合金。
在本发明中，所述金属桥优选为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金，进一步优选为Cr、Ti、Pt中的至少两种金属组成的合金；所述栅电极为肖特基接触，栅电极为Ni和Au的合金。
在本发明中，HEMT区域与LED区域的面积比优选为1～3：1～2，进一步优选为1～2:1.5。
本发明还提供了所述HEMT与蓝光LED单片集成芯片制备方法，包括如下步骤：
S1：提供蓝宝石衬底，在衬底上生长HEMT外延层和LED外延层，形成HEMT-LED结构；所述HEMT结构自下而上由蓝宝石衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层组成；所述LED结构自下而上由AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层组成；
S2：对所述HEMT-LED外延结构进行清洗、光刻、ICP刻蚀，得到HEMT区域和LED区域；
S3：在LED区域上通过PECVD沉积SiO2形成电流阻挡层和金属桥台阶；
S4：在LED区域上顺次进行ITO蒸镀和退火处理；
S5：对HEMT区域进行清洗、光刻、ICP刻蚀，在HEMT区域和LED区域制备源电极、漏电极/N电极、P电极；
S6：在HEMT区域上制备栅电极，随后通过PECVD沉积SiO2进行钝化，形成钝化层，得HEMT-LED外延片；
S7：减薄HEMT-LED外延片的衬底；
S8：背面蒸镀DBR反射层，得到HEMT与蓝光LED单片集成芯片。
在本发明中，所述步骤S2中，ICP刻蚀以除去2230nm厚的P-GaN层、量子阱层、N-GaN层，直至暴露出GaN帽层让集成器件分为HEMT区域与LED区域，之后对HEMT区域与LED区域使用清洗液清洗；
所述清洗液由浓硫酸、水、双氧水按照5:1:1的比例配置而成。
在本发明中，在LED区域上通过PECVD沉积SiO2前，对LED区域通过光刻、ICP刻蚀将LED区域1000nm的部分P-GaN层、量子阱层刻蚀掉，直至露出N-GaN层；并将HEMT区域和LED区域之间的区域进一步刻蚀，刻蚀深度为340nm，刻蚀的宽度为10μm。
在本发明中，所述步骤S3中，在LED区域上使用增粘剂，利用PECVD技术在步骤S2留下的P-GaN上沉积SiO2电流阻挡层，使空穴和电子复合效率增大，电流阻挡层厚度为200nm。
在本发明中，所述步骤S3中，通过光刻、显影，用刻蚀液对电流阻挡层进行湿法刻蚀，刻蚀液为质量比为1:6～10的HF和NH4F的混合液。
在本发明中，所述步骤S4中，ITO蒸镀的具体步骤为：通过电子束蒸发技术进行ITO(1100A)蒸镀，将In2O3等氧化物镀在表面形成电流扩散层，随后进行光刻、显影，用质量比为1.6：1的HCl和FeCl3的混合溶液将多余的In2O3等氧化物去除掉；退火处理的具体步骤为：通入流量比为9×104：2.5的N2和O2，在高温下，使得低价氧化物进一步氧化，提高ITO膜电导率和透光率。
在本发明中，所述步骤S5中，对HEMT区域进行清洗、光刻、ICP刻蚀，在HEMT区域和LED区域制备源电极、漏电极/N电极、P电极的具体步骤为：通过光刻、ICP刻蚀，将HEMT区域GaN帽层、AlGaN势垒层刻蚀掉，露出GaN沟道层，刻蚀深度为27nm；使用增粘剂，利用PECVD技术将SiO2沉积在HEMT和LED之间刻蚀区域，为金属桥连接形成台阶；通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积Cr、Al、Ti、Pt、Ti、Pt、Ti、Pt、Au中的一种或多种形成电极，并在265℃的温度下进行退火处理5min，形成芯片的源电极、漏/N(金属桥)电极、P电极，随后进行蓝膜撕金；通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积Ni和Au，形成栅电极，随后进行蓝膜撕金。
在本发明中，所述步骤S6中，对钝化层利用刻蚀液进行湿法刻蚀，露出五个电极，得HEMT-LED外延片；所述刻蚀液独立地由1：6～1：10的HF和NH4F的混合液组成。
在本发明中，所述步骤S7中，采用研磨进行HEMT-LED外延片的衬底的减薄，减薄之后的HEMT-LED外延片的衬底厚度为150μm。
在本发明中，所述步骤S8中，蒸镀的具体步骤为：将SiO2和TiO2交替排列形成周期结构，增加光的反射，蒸镀的层数为49层。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，HEMT与蓝光LED单片集成芯片，包括HEMT区域和LED区域,所述HEMT区域自下而上依次排列分布包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、钝化层及HEMT电极层,所述HEMT电极层包括源电极、漏电极及栅电极；所述LED区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电极，所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED的P电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。
所述HEMT与蓝光LED单片集成芯片的制备包括以下步骤：
(1)利用MOCVD技术，在蓝宝石衬底上依次外延生长全结构,所述全结构包括15nm的AlN缓冲层，300nm的GaN沟道层,25nm的AlGaN势垒层；所述AlGaN势垒层A1组分浓度为0.2；2nm的GaN帽层，1.5μm的N-GaN层，130nm的量子阱层，600nm的P-GaN层；
(2)在步骤(1)的外延结构上通过光刻、显影，使用ICP刻蚀,刻蚀掉共计2230nm厚的P-GaN层、量子阱层、N-GaN层，直至暴露出GaN帽层让集成器件分为HEMT区与LED区；HEMT区包括AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层；
(3)使用清洗液(浓硫酸、水、双氧水按照5:1:1的比例配置而成)对步骤(2)的外延片进行清洗；
(4)通过光刻、ICP刻蚀，将LED区域部分P-GaN层、量子阱层、N-GaN层刻蚀掉露出N-GaN层，共计1000nm；并将HEMT和LED之间区域进一步刻蚀，刻蚀深度为340nm；
(5)外延层上使用增粘剂，利用PECVD技术在步骤(4)留下的P-GaN上沉积SiO2电流阻挡层，使空穴和电子复合效率增大，电流阻挡层厚度为100nm；
(6)通过光刻、显影，用BOE对电流阻挡层进行湿法刻蚀，其成分为含量1：10的HF、NH4F混合液；
(7)通过电子束蒸发技术进行ITO(1100A)蒸镀，将In2O3等氧化物镀在表面形成电流扩散层，随后进行光刻、显影，用HCl、FeCl3的混合溶液将多余的InO、InO等氧化物去除掉；进一步对电流扩散层进行RTA退火处理，通入流量比为9×104：2.5的N2和O2，在510℃高温下，使得低价氧化物进一步氧化，提高ITO膜电导率和透光率；
(8)通过光刻、ICP刻蚀，将HEMT区域GaN帽层、AlGaN势垒层刻蚀掉，露出GaN沟道层，刻蚀深度为27nm；
(9)使用增粘剂，利用PECVD技术在步骤(8)中将SiO2沉积在HEMT和LED之间刻蚀区域，为金属桥连接形成台阶；
(10)通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积Cr(采用25A的电流)、Al(采用1kA的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用650A的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用650A的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用1kA的电流)和Au(采用20kA的电流)，并在265℃的温度下进行退火处理5min，形成芯片的源电极、漏/N(金属桥)电极、P电极，随后进行蓝膜撕金；
(11)通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积Ni(采用1kA的电流)和Au(采用2kA的电流)，形成栅电极，随后进行蓝膜撕金；
(12)通过PECVD技术，在表面形成SiO2钝化层(100nm)，通过光刻、显影，用刻蚀液对钝化层进行湿法刻蚀，刻蚀液成分为质量比为1：6的HF、NH4F混合液；
(13)通过光刻、显影，用刻蚀液对步骤(11)中的SiO2进行湿法刻蚀，露出五个电极，刻蚀液成分为质量比为1：8的HF、NH4F混合液；
(14)对衬底进行研磨，减薄至衬底厚度为150μm；
(15)在背面进行DBR蒸镀，将SiO2和TiO2交替排列形成周期结构，增加光的反射，层数为49层，得到HEMT与蓝光LED单片集成芯片；
实施例2
本实施例提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，HEMT与蓝光LED单片集成芯片，包括HEMT区域和LED区域,所述HEMT区域自下而上依次排列分布包括衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、钝化层及HEMT电极层，所述HEMT电极层包括源电极、漏电极及栅电极；所述LED区域自下而上包括衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电极。所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED的P电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。
所述HEMT与蓝光LED单片集成芯片的制备包括以下步骤：
(1)利用MOCVD技术，在蓝宝石衬底上依次外延生长全结构，所述全结构包括15nm的AlN缓冲层，300nm的GaN沟道层,25nm的AlGaN势垒层；所述AlGaN势垒层A1组分浓度为0.25wt％；2nm的GaN帽层，2μm的N-GaN层，140nm的量子阱层，600nm的P-GaN层。
(2)在步骤(1)的外延结构上通过光刻、显影，使用ICP刻蚀，刻蚀掉共计2740nm厚的P-GaN层、量子阱层、N-GaN层，直至暴露出GaN帽层让集成器件分为HEMT区与LED区；HEMT区包括AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层；
(3)使用清洗液(清洗液由浓硫酸、水、双氧水按照质量比为5:1:1的比例配置而成)对步骤的外延片进行清洗；
(4)通过光刻、ICP刻蚀，将LED区域部分P-GaN层、量子阱层、N-GaN层刻蚀掉露出N-GaN层，共计1100nm；并将HEMT和LED之间区域进一步刻蚀，刻蚀深度为340nm；
(5)外延层上使用增粘剂，利用PECVD技术在步骤(4)留下的P-GaN上沉积SiO2电流阻挡层，使空穴和电子复合效率增大，电流阻挡层厚度为200nm；
(6)通过光刻、显影，用刻蚀液对电流阻挡层进行湿法刻蚀，刻蚀液成分为质量比为1：6的HF、NH4F混合液；
(7)通过电子束蒸发技术进行ITO(1100A)蒸镀，将In2O3等氧化物镀在表面形成电流扩散层，随后进行光刻、显影，用HCl、FeCl3的混合溶液将多余的In2O3等氧化物去除掉；进一步对电流扩散层进行RTA退火处理，通入流量比为9×104：2.5的N2和O2，在高温下，使得低价氧化物进一步氧化，提高ITO膜电导率和透光率；
(8)通过光刻、ICP刻蚀，将HEMT区域GaN帽层、AlGaN势垒层刻蚀掉，露出GaN沟道层，刻蚀深度为27nm；
(9)使用增粘剂，利用PECVD技术在步骤(8)中将SiO2沉积在HEMT和LED之间刻蚀区域，为金属桥连接形成台阶；
(10)通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积沉积Cr(采用25A的电流)、Al(采用1kA的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用650A的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用650A的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用1kA的电流)和Au(采用20kA的电流)，并在265℃的温度下进行退火处理5miN，形成芯片的源电极、漏/N(金属桥)电极、P电极，随后进行蓝膜撕金；
(11)通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积Ni(采用1kA的电流)和Au(采用2kA的电流)电极，形成栅电极，随后进行蓝膜撕金；
(12)通过PECVD技术，在表面形成SiO2钝化层，通过光刻、显影，用刻蚀液对钝化层进行湿法刻蚀，刻蚀液成分为质量比为1：6的HF、NH4F混合液
(13)通过光刻、显影，用刻蚀液对步骤(11)中的SiO2进行湿法刻蚀，露出五个电极，刻蚀液成分为质量比为1：6的HF、NH4F混合液；
(14)对衬底进行研磨，减薄衬底厚度至150μm；
(15)在背面进行DBR蒸镀，将SiO2和TiO2交替排列形成周期结构，增加光的反射，层数为49层，得到HEMT与蓝光LED单片集成芯片。
实施例3
本实施例提供了一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，HEMT与蓝光LED单片集成芯片，包括HEMT区域和LED区域,所述HEMT区域自下而上依次排列分布包括衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、钝化层及HEMT电极层，所述HEMT电极层包括源电极、漏电极及栅电极；所述LED区域自下而上包括衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电极。所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED的P电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。
所述HEMT与蓝光LED单片集成芯片的制备包括以下步骤：
(1)利用MOCVD技术，在蓝宝石衬底上依次外延生长全结构,所述全结构包括15nm的AlN缓冲层，300nm的GaN沟道层，25nm的AlGaN势垒层；所述AlGaN势垒层A1组分浓度为0.3；2nm的GaN帽层，2.5um的N-GaN层，140nm的量子阱层，600nm的P-GaN层。
(2)在步骤(1)的外延结构上通过光刻、显影,使用ICP刻蚀,刻蚀掉共计3240nm厚的P-GaN层、量子阱层、N-GaN层，直至暴露出GaN帽层让集成器件分为HEMT区与LED区；HEMT区包括AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层；
(3)使用清洗液(清洗液由浓硫酸、水、双氧水按照质量比为5:1:1的比例配置而成)对步骤(2)的外延片进行清洗；
(4)通过光刻、ICP刻蚀，将LED区域部分P-GaN层、量子阱层、N-GaN层刻蚀掉露出N-GaN层，共计1200nm；并将HEMT和LED之间区域进一步刻蚀，刻蚀深度为340nm；
(5)外延层上使用增粘剂，利用PECVD技术在步骤(4)留下的P-GaN上沉积SiO2电流阻挡层，使空穴和电子复合效率增大，电流阻挡层厚度为200nm；
(6)通过光刻、显影，用刻蚀液对电流阻挡层进行湿法刻蚀，刻蚀液成分为质量比为1：9的HF、NH4F混合液；
(7)通过电子束蒸发技术进行ITO(1300A)蒸镀，将In2O3等氧化物镀在表面形成电流扩散层，随后进行光刻、显影，用HCl、FeCl3的混合溶液将多余的In2O3等氧化物去除掉；进一步对电流扩散层进行RTA退火处理，通入流量比为9×104：2.5的N2和O2，在510℃高温下，使得低价氧化物进一步氧化，提高ITO膜电导率和透光率；
(8)通过光刻、ICP刻蚀，将HEMT区域GaN帽层、AlGaN势垒层刻蚀掉，露出GaN沟道层，刻蚀深度为27nm；
(9)使用增粘剂，利用PECVD技术在步骤(8)中将SiO2沉积在HEMT和LED之间刻蚀区域，为金属桥连接形成台阶；
(10)通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积沉积Cr(采用25A的电流)、Al(采用1kA的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用650A的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用650A的电流)、Ti(采用1kA的电流)、Pt(采用1kA的电流)和Au(采用20kA的电流)，并在265℃的温度下进行退火处理5miN，形成芯片的源电极、漏/N(金属桥)电极、P电极，随后进行蓝膜撕金；
(11)通过光刻、显影，使用电子束蒸发技术沉积Ni(采用1kA的电流)和Au(采用2kA的电流)，形成栅电极，随后进行蓝膜撕金；
(12)通过PECVD技术，在表面形成SiO2(100nm)钝化层，通过光刻、显影，用刻蚀液对钝化层进行湿法刻蚀，刻蚀液成分为质量比为1：7的HF、NH4F混合液；
(13)通过光刻、显影，用刻蚀液对步骤(11)中的SiO2进行湿法刻蚀，露出五个电极，刻蚀液成分为质量比为1：9的HF、NH4F混合液；
(14)对衬底进行研磨，减薄衬底厚度(150um)；
(15)在背面进行DBR蒸镀，将SiO2和TiO2交替排列形成周期结构，增加光的反射，层数为49层，得到HEMT与蓝光LED单片集成芯片。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述集成芯片包括HEMT区域和LED区域，所述HEMT区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、SiO2钝化层及HEMT电极层；所述HEMT电极层包括源电极、漏电极及栅电极；所述LED区域自下而上包括DBR反射层、衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层、N电极和P电极；所述HEMT区域的漏电极通过金属桥与LED区域的N电极相连，以实现HEMT区域与LED区域的电学导通。
2.根据权利要求1所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述衬底独立地为蓝宝石衬底；所述AlN缓冲层与衬底接触，AlN缓冲层的厚度独立地为14～16nm。
3.根据权利要求2所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，GaN沟道层独立地为非故意掺杂GaN层，厚度独立地为200～300nm。
4.根据权利要求3所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述AlGaN势垒层的Al的掺杂浓度独立地为0.2～0.3wt％，AlGaN势垒层的厚度独立地为20～30nm，GaN帽层的厚度独立地为2nm。
5.根据权利要求1～3任一项所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述N-GaN层为Si掺杂的GaN层，厚度为1.5～2.5μm，Si的掺杂浓度为2.2×1019wt％；所述InGaN/GaN多量子阱层为周期性交叠的InGaN/GaN层，厚度为130～140nm。
6.根据权利要求5所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述P-GaN层为Mg掺杂的GaN层，厚度为580～620nm，Mg的掺杂浓度为1.5×1019wt％。
7.根据权利要求6所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述源电极、漏电极、N电极、P电极独立地为欧姆接触，源电极、漏电极、N电极、P电极为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金。
8.根据权利要求7所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，所述金属桥为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的至少两种金属组成的合金；所述栅电极为肖特基接触，栅电极为Ni和Au的合金。
9.根据权利要求7或8所述的HEMT与蓝光LED单片集成芯片，其特征在于，HEMT区域与LED区域的面积比为1～3：1～2。
10.权利要求1～9任一项所述HEMT与蓝光LED单片集成芯片制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供蓝宝石衬底，在衬底上生长HEMT外延层和LED外延层，形成HEMT-LED结构；所述HEMT结构自下而上由蓝宝石衬底、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层组成；所述LED结构自下而上由AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层、N-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P-GaN层组成；
S2：对所述HEMT-LED外延结构进行清洗、光刻、ICP刻蚀，得到HEMT区域和LED区域；
S3：在LED区域上通过PECVD沉积SiO2形成电流阻挡层和金属桥台阶；
S4：在LED区域上顺次进行ITO蒸镀和退火处理；
S5：对HEMT区域进行清洗、光刻、ICP刻蚀，在HEMT区域和LED区域制备源电极、漏电极/N电极、P电极；
S6：在HEMT区域上制备栅电极，随后通过PECVD沉积SiO2进行钝化，形成钝化层，得HEMT-LED外延片；
S7：减薄HEMT-LED外延片的衬底；
S8：背面蒸镀DBR反射层，得到HEMT与蓝光LED单片集成芯片。
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