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通过降低导通电阻的新方法单片集成GaN微LED与HEMT
Monolithically Integrating GaN MicroLEDs on HEMTs With a New Approach for Lower On-Resistance
| 作者 | Ran Zhang · Hongping Liu · Yuefei Cai |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 高电子迁移率晶体管 微发光二极管 集成方法 导通电阻 功耗 |
语言:
中文摘要
高电子迁移率晶体管(HEMT)驱动的微型发光二极管(microLED)在用于可见光通信、微显示和生物传感等领域的电压可控发光方面已有大量报道。现有的集成方法基于采用选择性区域生长法的n - 氮化镓(n - GaN)/二维电子气(2DEG)互连方案。由于微型发光二极管与高电子迁移率晶体管之间互连界面的面积有限,以及高电子迁移率晶体管缓冲层表面蚀刻损伤导致选择性外延生长质量不佳,集成器件存在导通电阻相对较大和电流扩展较差的问题。本文提出了一种将高电子迁移率晶体管与微型发光二极管集成的新方法。该方法无需将高电子迁移率晶体管蚀刻至缓冲层进行选择性区域生长,而是直接在铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)高电子迁移率晶体管表面选择性外延生长微型发光二极管。这既避免了在微型发光二极管外延生长前对再生长界面造成蚀刻损伤,又能使互连界面大幅扩展至微型发光二极管n - GaN层的整个底面。采用这种集成方案的高电子迁移率晶体管 - 微型发光二极管集成器件的导通电阻显著减小,大大降低了功耗。
English Abstract
High-electron-mobility transistors (HEMTs)-driven microLEDs have been reported a lot for voltage-controllable light emission used for visible light communication, micro-display, and biosensing, etc. Existing integration approaches are based on an n-GaN/2DEG interconnection scheme using the selective area growth approach. Due to the limited area of interconnection interface between microLEDs and HEMTs, and poor quality of selectively overgrown epitaxy resulting from etching damages to HEMT buffer surfaces, integrated devices have relatively large on-resistance and poor current spreading. This letter proposes a new approach to integrating HEMTs with microLEDs. Without etching down HEMT to buffer for selective area growth, the microLEDs are selectively overgrown on top of AlGaN/GaN HEMT surface directly. This both avoids causing etching damages to the regrowth interface prior to microLED overgrowth and enables the interconnection interfaces to be expanded greatly to the whole bottom surfaces of n-GaN of microLEDs. The integrated HEMT-microLED device adopting such an integration scheme demonstrates a much smaller on-resistance, largely reducing power consumption.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项GaN HEMT与microLED单片集成技术虽然当前主要应用于可见光通信、微显示等领域,但其底层技术突破对我司功率电子产品具有重要的潜在价值。
该技术的核心创新在于优化了GaN器件的集成工艺,通过在AlGaN/GaN HEMT表面直接选择性外延生长microLED,避免了传统方法中对HEMT缓冲层的刻蚀损伤,显著降低了器件导通电阻。这一工艺改进思路与我司在光伏逆变器和储能变流器中广泛应用的GaN功率器件技术路线高度相关。降低导通电阻直接意味着更低的传导损耗,这对提升逆变器效率、降低系统热管理成本具有实质性意义。
从技术成熟度评估,该研究仍处于器件层面的工艺验证阶段,距离大规模商用尚有距离。但其揭示的选择性外延生长优化方法论,可为我司GaN功率器件的集成工艺改进提供借鉴。特别是在多芯片模块(MCM)和功率集成电路(PIC)开发中,如何在保证界面质量的前提下实现异质结构集成,是提升功率密度的关键瓶颈。
潜在机遇在于,若能将类似的低损耗互连技术应用于GaN功率开关与驱动电路的单片集成,将有助于开发新一代高频、高效率的逆变器拓扑。挑战则包括工艺的可靠性验证、成本控制以及与现有产线的兼容性。建议我司技术团队持续跟踪GaN异质集成工艺的前沿进展,评估其在高功率密度模块化产品中的应用可行性,这对巩固我司在新能源装备核心器件技术上的竞争优势具有战略意义。