[發(fā)明專利]用于ACLED的硅襯底上的氮化鎵LED與氮化鋁鎵/氮化鎵器件的集成

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380011427.5
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN104170089B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設計）人: T.鐘
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L27/06;H05B33/08;H01L33/22;H01L33/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 孫之剛,汪揚

技術領域

本公開涉及半導體發(fā)光二極管，并且更具體地涉及具有襯底上的氮化鋁鎵/氮化鎵器件的氮化鎵發(fā)光二極管。

背景技術

發(fā)光二極管（LED）是需要恒定電壓供給的直流（DC）器件。然而，基于LED的燈具從交流電壓（AC）的市電電源運行。結果，基于LED的燈具包括能夠操控大的AC并且將它轉換成DC電壓的LED驅動器。LED驅動器通常由硅器件制成，諸如橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）或者功率金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）。

發(fā)明內(nèi)容

在本公開的一個或多個實施例中，一種用于制造外延結構的方法包括提供襯底和在襯底的第一側上的異質結堆疊，以及在襯底的第二側上形成GaN發(fā)光二極管堆疊。異質結堆疊包括襯底的第一側之上的無摻雜氮化鎵（GaN）層和無摻雜GaN層上的摻雜氮化鋁鎵（AlGaN）層。GaN發(fā)光二極管堆疊包括襯底的第二側之上的n型GaN層、n型GaN層之上的GaN/氮化銦鎵（InGaN）多量子阱（MQW）結構、n型GaN/InGaN MQW結構之上的p型AlGaN層，以及p型AlGaN層之上的p型GaN層。

附圖說明

在附圖中：

圖1是用于將氮化鎵（GaN）發(fā)光二極管（LED）與氮化鋁鎵（AlGaN）/GaN器件集成在硅襯底上的外延結構的截面視圖；

圖2是用于將GaN LED與AlGaN/GaN器件集成在藍寶石襯底上的外延結構的截面視圖；

圖3是用于將GaN LED與AlGaN/GaN器件集成在碳化硅（SiC）襯底上的外延結構的截面視圖；

圖4是用于將GaN LED與AlGaN/GaN器件集成在GaN襯底上的外延結構的截面視圖；

圖5示出了由經(jīng)受形成AlGaN/GaN異質結場效應晶體管（HFET）和AlGaN/GaN肖特基二極管的附加處理的圖2的結構導致的結構的截面視圖；

圖6是與LED串聯(lián)連接的橋式整流器電路的電路圖；以及

圖7示出了所有根據(jù)本發(fā)明的實施例設置的由經(jīng)受形成圖6的橋式整流器電路的附加處理的圖2的結構導致的結構的截面視圖。

在不同附圖中的相同參考數(shù)字的使用指示類似或者相同的元件。

具體實施方式

由于氮化鎵（GaN）具有比硅（Si）更高的帶隙，GaN晶體管具有比Si晶體管高得多的擊穿電壓，因此GaN晶體管可以操控高得多的電壓和電流密度。這允許較小的GaN晶體管操控與較大的基于Si的功率晶體管相同的電壓。隨著Si上GaN（GaN-on-Si）技術的出現(xiàn)，生長在150mm（6英寸）硅襯底上的GaN晶體管與基于硅的功率器件相比具有價格競爭力并且提供更好的性能。通過將GaN發(fā)光二極管（LED）與GaN晶體管集成在硅襯底上，組合架構將比將GaN LED與分立的基于Si的電驅動器配對的常規(guī)方法更經(jīng)濟并且具有更高的AC-DC轉換效率。

根據(jù)本公開的實施例，通過在襯底的一側上形成GaN LED并且在襯底的另一側上形成氮化鋁鎵（AlGaN）/GaN器件（或者反之亦然）來制作外延結構。AlGaN/GaN器件可以是異質結場效應晶體管（HFET）和肖特基二極管，其被用于AC-DC轉換或者DC-DC向下轉換（高電壓到低電壓轉換）。若干LED和AlGaN/GaN器件可以取決于轉換方案而串聯(lián)或者并聯(lián)連接。

注意，“在……之上”的使用包括在另一層或者層的堆疊上直接形成一層或層的堆疊。取決于結構位于襯底的頂側還是背側上，“在……之上”可以分別指示另一層或者層的堆疊上方或者下方的一層或者層的堆疊?？梢钥苫Q地使用術語堆疊或者層的堆疊。

圖1是在本公開的一個或多個實施例中的用于將GaN LED與AlGaN/GaN器件集成在硅（Si）襯底102上的外延結構100的截面視圖。由于歸因于Ga和Si形成破壞Si襯底的共晶材料這一事實，GaN并不良好地適于Si襯底上的直接外延生長，因此無摻雜氮化鋁（AlN）緩沖層104首先形成在硅襯底102的第一側105（例如，如所示的頂側）之上以充當GaN與硅之間的阻擋。薄AlN緩沖層104（例如，100埃至2微米）被用于降低缺陷密度。無摻雜Al_xGa_1-xN層106可以形成在無摻雜AlN緩沖層104之上以在Si與GaN之間提供附加的分離。