[發(fā)明專利]使用斜切襯底的高功率氮化鎵電子器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480060457.X
• 申請(qǐng)日: 2014-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN105765725B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I·C·克孜勒亞爾勒;D·P·博爾;T·R·普朗蒂;葉剛鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新時(shí)代電力系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/04
• 分類號(hào): H01L29/04;H01L21/20
• 代理公司: 北京博思佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11415
• 代理人: 林祥

一種電子器件包括：III?V族襯底，其具有同質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)和關(guān)于生長(zhǎng)面的法線，該關(guān)于生長(zhǎng)面的法線相對(duì)于<0001>方向的取向偏差在0.15°與0.65°之間。該電子器件還包括聯(lián)接到III?V族襯底的第一外延層和聯(lián)接到第一外延層的第二外延層。該電子器件還包括電接觸襯底的第一接觸件和電接觸第二外延層的第二接觸件。

背景技術(shù)

功率電子技術(shù)廣泛地用于多種應(yīng)用中。功率電子器件(device)通常用于電路中以改變電能的形式，例如，從交流電改變?yōu)橹绷麟姡瑥囊粋€(gè)電壓水平改變?yōu)榱硪粋€(gè)電壓水平，或者一些其他方式。這類器件可以在寬范圍的功率水平下操作，從移動(dòng)裝置中的幾毫瓦到高電壓功率傳輸系統(tǒng)中的幾百兆瓦。雖然在功率電子器件上取得了進(jìn)步，但是在改進(jìn)電子系統(tǒng)及其操作方法的領(lǐng)域內(nèi)仍然存在需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明一般地涉及電子器件。更具體地，本發(fā)明涉及用于高功率電子器件的氮化鎵(GaN)基外延層的制造。在具體實(shí)施方式中，在外延生長(zhǎng)工藝中，采用了具有從(0001)面關(guān)于方向取向偏差小于一度的生長(zhǎng)面的GaN襯底。生長(zhǎng)在取向偏差的襯底上的外延層的表面形貌和電特性適用于高功率電子器件中。所述方法和技術(shù)可以應(yīng)用于包括二極管、FET等的多種復(fù)合半導(dǎo)體系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供了一種電子器件。該電子器件包括：III-V族襯底，具有同質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)和關(guān)于生長(zhǎng)面的法線，所述關(guān)于生長(zhǎng)面的法線從<0001>方向的取向偏差在0.15°與0.65°之間。該電子器件還包括聯(lián)接到III-V族襯底的第一外延層和聯(lián)接到第一外延層的第二外延層。該電子器件還包括電接觸襯底的第一接觸件和電接觸第二外延層的第二接觸件。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種制造電子器件的方法。該方法包括：提供III-V族襯底，該III-V族襯底具有同質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)和關(guān)于生長(zhǎng)面的法線，所述關(guān)于生長(zhǎng)面的法線從<0001>方向的取向偏差在0.15°與0.65°之間。該方法還包括生長(zhǎng)聯(lián)接到III-V族襯底的第一外延層和生長(zhǎng)聯(lián)接到第一外延層的第二外延層。該方法還包括形成電接觸襯底的第一接觸件和形成電接觸第二外延層的第二接觸件。

通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了超過常規(guī)技術(shù)的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了用于制造適用于用于高功率電子器件中的外延層的方法和系統(tǒng)。在一實(shí)施方式中，相比于常規(guī)設(shè)計(jì)，在高電壓操作(例如，大于200V的電壓)期間的器件特性得到改善。本發(fā)明的這些和其他實(shí)施方式以及其許多優(yōu)點(diǎn)和特征被結(jié)合以下文本和附圖更為詳細(xì)地描述。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的高電壓PN二極管結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化截面圖。

圖2A為例示六方晶相體GaN襯底晶圓的密勒指數(shù)的示意圖。

圖2B為示出針對(duì)c面GaN晶體的晶軸方向的示意圖。

圖2C為例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的斜切角的矢量性質(zhì)的示意圖。

圖2D為例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的斜切角的徑向矢量性質(zhì)的示意圖。

圖3A為對(duì)于襯底取向偏差<0.15°時(shí)的情況，外延表面的Nomarski顯微圖。

圖3B為對(duì)于襯底取向偏差>0.65°時(shí)的情況，外延表面的Nomarski顯微圖。

圖4A為示出沿著正交方向針對(duì)襯底取向偏差繪制的各種外延生長(zhǎng)層的表面形貌的圖。

圖4B為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的作為斜切角的函數(shù)的晶圓品質(zhì)數(shù)據(jù)的圖。

圖5A為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的高電壓PN二極管的正向偏置電流-電壓特性的圖。

圖5B為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的高電壓PN二極管的反向偏置電流-電壓特性的圖。