[发明专利]集成有工程化衬底的电子功率器件

说明书

一种功率器件，包括衬底，该衬底包括：多晶陶瓷芯、耦合至所述多晶陶瓷芯的第一粘附层、耦合至所述第一粘附层的阻挡层、耦合至所述阻挡层的键合层以及耦合至所述键合层的实质单晶层。所述功率器件还包括：耦合至所述实质单晶层的缓冲层以及耦合至所述缓冲层的沟道区。所述沟道区包括：第一端、第二端以及设置在所述第一端与第二端之间的中心部。所述沟道区还包括耦合至所述缓冲层的沟道区阻挡层。所述功率器件进一步包括：设置在所述沟道区的第一端的源极接触、设置在所述沟道区的第二端的漏极接触、以及耦合至所述沟道区的栅极接触。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年8月23日提交的申请号为62/378,382的美国临时专利申请的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文，以用于所有目的。

背景技术

通常，基于氮化镓的功率器件在蓝宝石衬底上外延生长。由于衬底和外延层由不同的材料组成，因此这种基于氮化镓的功率器件在蓝宝石衬底上的生长是一种异质外延生长的过程。由于这种异质外延的生长过程，外延生长材料会呈现出各种负面影响，包括均匀性的降低以及与外延层的电子/光学特性相关联的度量指标(metrics)的降低。因此，本领域需要与外延生长过程和衬底结构有关的改进的方法和系统。

发明内容

本发明大体上涉及一种形成在工程化衬底结构上的功率器件。更具体地，本发明涉及一种涉及适用于利用外延生长过程来制造功率器件的方法和系统。如本文所描述的，本发明的实施例已应用于通过外延生长而在衬底结构上制造功率器件和半导体二极管的方法和系统，其中，所述衬底结构的特征在于该衬底结构的热膨胀系数(coefficient ofthermal expansion，CTE)与形成功率器件的外延层的热膨胀系数实质上匹配。所述方法和技术可以应用于各种半导体工艺操作中。

根据本发明的实施例，提供一种功率器件。所述功率器件包括衬底，该衬底包括：多晶陶瓷芯、耦合至所述多晶陶瓷芯的第一粘附层、耦合至所述第一粘附层的阻挡层、耦合至所述阻挡层的键合层以及耦合至所述键合层的实质单晶层。所述功率器件还包括：耦合至所述实质单晶层的缓冲层以及耦合至所述缓冲层的沟道区。所述沟道区包括：第一端、第二端以及设置在所述第一端与第二端之间的中心部。所述沟道区还包括耦合至所述缓冲层的沟道区阻挡层。所述功率器件进一步包括：设置在沟道区的第一端处的源极接触(contact)、设置在沟道区的第二端处的漏极接触、以及耦合至所述沟道区的栅极接触。

根据本发明的另一个实施例，提供一种形成功率器件的方法。所述方法包括：通过以下步骤形成衬底：提供多晶陶瓷芯；利用第一粘附壳封装所述多晶陶瓷芯；利用阻挡层封装所述第一粘附壳；在所述阻挡层上形成键合层；以及将实质单晶层接合至所述键合层。所述方法还包括：在所述实质单晶层上形成缓冲层；以及通过在所述缓冲层上形成外延沟道区阻挡层而在所述缓冲层上形成沟道区。所述沟道区具有第一端、第二端以及在第一端与第二端之间的中心部。所述方法还包括：在所述沟道区的第一端处形成源极接触；在所述沟道区的第二端处形成漏极接触；以及在所述沟道区上形成栅极接触。

根据本发明的特定的实施例，提供一种半导体二极管。所述半导体二极管包括衬底，该衬底包括：多晶陶瓷芯、耦合至所述多晶陶瓷芯的第一粘附层、耦合至所述第一粘附层的阻挡层、耦合至所述阻挡层的键合层以及耦合至所述键合层的实质单晶层。所述半导体二极管还包括：耦合至所述实质单晶层的缓冲层、耦合至所述缓冲层的半绝缘层以及耦合至所述半绝缘层的第一N型氮化镓层。所述第一外延N型氮化镓层具有第一掺杂浓度。所述半导体二极管进一步包括耦合至所述第一N型氮化镓层的第二N型氮化镓层。所述第二N型氮化镓层具有比所述第一掺杂浓度小的第二掺杂浓度。此外，所述半导体二极管包括：耦合至所述第二N型氮化镓层的P型氮化镓层、耦合至所述P型氮化镓层的阳极接触以及耦合至所述第一N型氮化镓层的一部分的阴极接触。