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

本发明专利技术提供一种柔性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。本发明专利技术避免器件隔离性差、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。

A method of device transfer between GaN based laser and HEMT based on flexible substrate

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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
技术介绍
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/GaNHEMT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/GaNHEMT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/GaNHEMT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。
技术实现思路
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：本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/nS1：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；/nS2：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；/nS3：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；/nS4：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；/nS5：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；/nS6：制备钝化层及电极。/n

【技术特征摘要】
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。

【专利技术属性】
技术研发人员：田朋飞，闫春辉，钱泽渊，方志来，张国旗，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44