[發明專利]一種完全垂直型的MOSFET-LED單片集成器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202111524989.2
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN114220829A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 劉超;陳航
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

1.一種完全垂直型MOSFET-LED單片集成器件，包括GaN襯底，所述GaN襯底下表面設置有LED結構，LED結構完全覆蓋在GaN襯底下表面，GaN襯底上表面設置有MOSFET結構，MOSFET結構僅覆蓋一部分GaN襯底的上表面，未被MOSFET結構覆蓋的GaN襯底上表面暴露在外，作為LED結構的正面出光區域；所述MOSFET結構包括由下向上依次疊加的n^--GaN漂移區、p-GaN溝道層、n⁺-GaN電流擴展層，MOSFET結構頂部嵌入有柵介質層、源極和柵極金屬層，所述LED結構包括由上往下依次疊加的InGaN/GaN層，p-AlGaN電子阻擋層、p-GaN空穴層。

2.根據權利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED單片集成器件，其特征在于，所述的GaN襯底為低阻雙拋GaN襯底，電阻小于0.1Ω·cm。

3.根據權利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED單片集成器件，其特征在于，MOSFET結構中，n^--GaN漂移區厚度為3-8μm，p-GaN溝道層厚度為300-400nm，n⁺-GaN電流擴展層厚度為200-280nm。

4.根據權利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED單片集成器件，其特征在于，MOSFET結構頂部嵌入的柵介質層厚度為50-300nm，柵極金屬層厚度為200-300nm。

5.根據權利要求1所述的完全垂直型MOSFET-LED單片集成器件，其特征在于，柵極金屬層貫穿p-GaN溝道層、n⁺-GaN電流擴展層，底部部分位于n^--GaN漂移區中，柵極金屬層與各層之間有柵介質層。

6.權利要求1所述的完全垂直型的MOSFET/LED單片集成器件的制備方法，包括以下步驟：

a.選用GaN襯底，在GaN襯底上表面外延生長MOSFET結構，MOSFET結構包括由下向上依次疊加的n^--GaN漂移區，p-GaN溝道層，n⁺-GaN電流擴展層；

b.在GaN襯底下表面外延生長LED結構，LED結構包括由上往下依次疊加的InGaN/GaN層，p-AlGaN電子阻擋層，p-GaN空穴層；

c.在LED結構下表面蒸鍍Ni/Ag/Ni/Au作為LED陽極金屬接觸和背反射層；

d.用光刻膠做掩膜，在MOSFET結構中刻蝕出柵極溝槽，然后在MOSFET結構頂部表面以及柵極溝槽表面沉積柵介質層；

e.在沉積柵介質層頂部表面進行刻蝕開源極接觸孔，在源極接觸孔蒸鍍源極，柵極溝槽中蒸鍍柵極金屬層，柵極金屬層填充柵極溝槽；

f.用光刻膠掩膜，將MOSFET結構一部分刻蝕去掉，漏出GaN襯底上表面，帶有柵極金屬層的另一部分保留。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟b完成后，將得到的樣品在N₂氛圍下，升溫至800-900℃快速退火10-30分鐘；優選的，步驟b完成后，將得到的樣品在N₂氛圍下，升溫至850℃快速退火20分鐘。

8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟d中，采用ICP(Cl₂/BCl₃/Ar)刻蝕得到柵極溝槽，柵極溝槽深度為1-3μm，采用ALD或PECVD進行沉積柵介質層，柵介質層為SiO₂介質層或Si₃N₄介質層。

9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟d中，柵極溝槽刻蝕后，將該器件用四甲基氫氧化銨溶液濕法處理，四甲基氫氧化銨溶液的濃度為5-25wt％，濕法處理溫度為80-90℃，處理時間為60-120分鐘。

10.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟e中，采用RIE進行開源極接觸孔，源極Cr/Au層，柵極金屬層為Cr/Au層。