LED的驱动条件与民用供电电源的输出存在着差异，驱动LED仅需要几伏的直流电，而民用电源在不同的国家则为110V到250V的交流电。

　　为了解决这种在供电电源上的差异问题，固态照明灯含有一个AC到DC的电源转换器，来将民用电源的AC供电转变为可以驱动LED灯的DC供电形式。电子驱动器实际上还有着多重作用，包括可以在LED芯片温度发生变化时仍能维持一个稳定的光输出强度，以及能提供诸如调节其发光强度及其发光色温等功能。

　　现在，LED灯的驱动电路是由用各种分立元件组装而成，如功率晶体管、电容器和逻辑控制IC等。在印刷电路板（PCB）上将它们组装连接在一起，由于通常的PCB板体积较大，它会像LED灯一样需要占据相当的空间。

　　对于未来固态照明完美的解决方案是在单个芯片上将LED器件、功率晶体管和控制器IC进行单片集成。由于固态照明灯中的LED器件是基于GaN材料，所以其他全部器件也都必须采用宽禁带的半导体材料来进行制造。

　　采用这种方法将可以消除驱动电路板和LED芯片之间互连的寄生的电感、电容和电阻，从而使整个照明系统可以在更高的开关速度下运行。这样做可以提高整个照明系统的效率，并且可以缩小无源元件的尺寸，而小尺寸的电感器和电容器就能够工作在更高的频率下。所有这些结果就能够形成一个比当前PCB解决方案外形尺寸更为精巧、性能更好的驱动器电路。

　　由于近期在GaN功率器件技术方面的突破，采用这种材料体系来制作电子驱动电路的技术已经成熟。功率开关晶体管是LED驱动电路中的关键部件，它们已经可以用GaN材料进行制造，并表现出了优异的性能：与传统的Si晶体管相比，它们具有更高的击穿电压，更低的导通电阻和更高的工作频率。

　　这些宽禁带材料除了在性能上要优于Si材料以外，GaN还可以用来制造HEMT器件，它是利用了异质结的二维量子约束来提高电子传导性能。最为重要的是，通过将一个GaN HEMT结构与金属氧化物半导体（MOS）栅极相结合，就可以制作出一个称之为MOS沟道HEMT的混合集成器件结构，它具有正的阈值电压和极低的栅极漏电流，具有很高的驱动性能。

　　在伦斯勒理工学院的智能照明工程技术研究中心（SLERC），我们利用上述这些器件技术制作了世界上第一个单片集成的GaN LED和MOS沟道HEMT器件（见图1）。这种技术是在蓝宝石基GaN晶圆上采用同一种工艺来制作这两种类型的器件，它是在单个芯片上同时形成LED发光器件和电子控制电路，已经成为LED灯单片集成技术的重要的前进基石。

　　我们在一种商用的蓝宝石基衬底HEMT外延晶圆上用MOCVD生长法的制作了GaN LED器件结构。LED器件的生长过程包括有：先沉积一层0.5μm厚的n型GaN薄膜，然后沉积多量子阱结构，最后是p型GaN层的沉积。

　　我们器件的制作过程如下：首先是用一个氯(Cl)基电感耦合等离子体（ICP）的反应离子刻蚀（RIE）对LED器件结构中的选定区域进行刻蚀，以暴露出n型掺杂的GaN层；随后进行的刻蚀是在GaNLED和HEMT之间形成沟槽，以实现对这些器件的隔离；然后去除位于HEMT器件上方残留的n型GaN层，这个部位正是用来制造MOS沟道HEMT的区域；接着，用电子束光刻形成MOS沟道HEMT器件中亚微米尺寸凹槽的沟道图形；经过这些刻蚀之后，后续的湿法化学工艺是用来去除所有对器件的刻蚀损伤。

　　在对上述器件结构进行清洗后，我们沉积了一层SiO2作为栅介质层，然后是沉积多晶硅作为栅电极层。MOS沟道HEMT器件的欧姆接触和LED器件的阴极接触将会同时形成。接着是制作GaNLED的阳极接触，最后是将LED的阴极与MOS沟道HEMT器件的漏极实现互连。

　　蓝光LED的发光主峰波长为459nm，其半峰宽（FWHM）只有22nm，而且其光输出强度增加与驱动电流的增加有着一个相对线性的关系（见图3和图4），这些特征表明把GaN LED和GaN MOS沟道HEMT器件进行集成是可行的。集成后LED和HEMT器件的伏安特性与串联的晶体管和二极管所具有的预期特性是一致的：在LED开启之前，电流由LED本身所限制，而开启后则是由晶体管的饱和电流所限制。LED灯的发光强度可完全由MOS-HEMT的栅极电压来进行控制，具有良好的线性度（见图5）。集成了GaNLED/晶体管的器件具有高达225℃的工作温度。

　　我们的这种单片集成技术具有与GaNLED和GaN晶体管工艺的兼容性，特别来说，它是一种对GaN晶体管和MOS晶体管栅极的一体化集成方法。这是一个令人值得关注的成就，因为与GaNHEMT中所采用的肖特基栅极工艺相比，MOS晶体管的栅极工艺通常需要有更高的热预算值。

　　MOS晶体管的栅极不仅仅是功率晶体管中的一个重要组成部件，它也是开启通向未来GaNCMOSIC技术平台的大门钥匙。对GaNLED和MOS晶体管进行集成将是通往制造光发射功率IC（LEPIC）技术平台的第一步，在这一技术平台上，在单个芯片里就将包含LED器件、功率晶体管和逻辑IC。

　　实现构建光发射功率IC（LEPIC）器件将能够彻底改变固态照明的现状，因为这一技术平台将会在LED控制技术上、以及在新兴固态照明应用所需增加的功能方面发挥重要的作用。在这方面的一个实例就是可见光通信（VLC），它也被称为Li-Fi，即可采用可见光谱来进行自由空间的光通信。

　　这项技术非常适合在办公室和家庭中进行局部区域的高容量数据传输。可见光的频率是在数百太赫兹（THz）范围，与常规的无线RF网络相比，可见光通信（VLC）可以具有高得多的数据传输容量。发光光源的闪烁波动将不再会是一个问题，因为它所提供数据传输的开、关调制速度将比人眼的感知要高得多。与此同时，光发射功率IC（LEPIC）器件的外形尺寸很小，使得它们很适用于分布式照明，此时每个光源都可作为一个独立的数据传输通道。生活在这样的一个世界里，LED灯不光体现了最前沿的现代照明技术，它们也将成为无线数据传输技术领域中起非常重要作用的部件。