[发明专利]使用斜切衬底的高功率氮化镓电子器件

说明书

一种电子器件包括：III‑V族衬底，其具有同质晶体结构和关于生长面的法线，该关于生长面的法线相对于<0001>方向的取向偏差在0.15°与0.65°之间。该电子器件还包括联接到III‑V族衬底的第一外延层和联接到第一外延层的第二外延层。该电子器件还包括电接触衬底的第一接触件和电接触第二外延层的第二接触件。

背景技术

功率电子技术广泛地用于多种应用中。功率电子器件(device)通常用于电路中以改变电能的形式，例如，从交流电改变为直流电，从一个电压水平改变为另一个电压水平，或者一些其他方式。这类器件可以在宽范围的功率水平下操作，从移动装置中的几毫瓦到高电压功率传输系统中的几百兆瓦。虽然在功率电子器件上取得了进步，但是在改进电子系统及其操作方法的领域内仍然存在需求。

发明内容

本发明一般地涉及电子器件。更具体地，本发明涉及用于高功率电子器件的氮化镓(GaN)基外延层的制造。在具体实施方式中，在外延生长工艺中，采用了具有从(0001)面关于方向取向偏差小于一度的生长面的GaN衬底。生长在取向偏差的衬底上的外延层的表面形貌和电特性适用于高功率电子器件中。所述方法和技术可以应用于包括二极管、FET等的多种复合半导体系统。

根据本发明的一实施方式，提供了一种电子器件。该电子器件包括：III-V族衬底，具有同质晶体结构和关于生长面的法线，所述关于生长面的法线从<0001>方向的取向偏差在0.15°与0.65°之间。该电子器件还包括联接到III-V族衬底的第一外延层和联接到第一外延层的第二外延层。该电子器件还包括电接触衬底的第一接触件和电接触第二外延层的第二接触件。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种制造电子器件的方法。该方法包括：提供III-V族衬底，该III-V族衬底具有同质晶体结构和关于生长面的法线，所述关于生长面的法线从<0001>方向的取向偏差在0.15°与0.65°之间。该方法还包括生长联接到III-V族衬底的第一外延层和生长联接到第一外延层的第二外延层。该方法还包括形成电接触衬底的第一接触件和形成电接触第二外延层的第二接触件。

通过本发明实现了超过常规技术的多个优点。例如，本发明的实施方式提供了用于制造适用于用于高功率电子器件中的外延层的方法和系统。在一实施方式中，相比于常规设计，在高电压操作(例如，大于200V的电压)期间的器件特性得到改善。本发明的这些和其他实施方式以及其许多优点和特征被结合以下文本和附图更为详细地描述。

附图说明

图1为根据本发明的实施方式的高电压PN二极管结构的简化截面图。

图2A为例示六方晶相体GaN衬底晶圆的密勒指数的示意图。

图2B为示出针对c面GaN晶体的晶轴方向的示意图。

图2C为例示根据本发明的实施方式的斜切角的矢量性质的示意图。

图2D为例示根据本发明的实施方式的斜切角的径向矢量性质的示意图。

图3A为对于衬底取向偏差<0.15°时的情况，外延表面的Nomarski显微图。

图3B为对于衬底取向偏差>0.65°时的情况，外延表面的Nomarski显微图。

图4A为示出沿着正交方向针对衬底取向偏差绘制的各种外延生长层的表面形貌的图。

图4B为示出根据本发明的实施方式的作为斜切角的函数的晶圆品质数据的图。

图5A为示出根据本发明的实施方式的高电压PN二极管的正向偏置电流-电压特性的图。

图5B为示出根据本发明的实施方式的高电压PN二极管的反向偏置电流-电压特性的图。