[发明专利]用于功率器件的氮化镓外延结构

说明书

一种用于在具有衬底热膨胀系数的工程化衬底上制备多层器件的方法，包括：在所述工程化衬底上生长缓冲层；和在所述缓冲层上生长第一外延层。所述第一外延层的特征是具有与所述衬底热膨胀系数实质上相同的外延热膨胀系数。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年01月18日提交的申请号为62/447,857的美国临时专利申请、2017年11月27日提交的申请号为62/591,016的美国临时专利申请和2018年01月08日提交的申请号为15/864,977的美国非临时专利申请的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

通常，基于氮化镓的功率器件外延生长在蓝宝石衬底上。由于衬底和外延层由不同的材料组成，因此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，这些负面影响包括均匀性的降低和与外延层的电子/光学特性相关联的度量标准（metric）的降低。因此，该领域中需要与外延生长工艺和衬底结构相关的改进的方法和系统。

发明内容

根据本发明的一些实施例，一种用于在具有衬底热膨胀系数的工程化衬底上制备多层器件的方法包括：在所述工程化衬底上生长缓冲层；和在所述缓冲层上生长第一外延层。所述第一外延层的特征是具有与所述衬底热膨胀系数实质上相同的外延热膨胀系数。

根据本发明的一些其他实施例，一种在具有衬底热膨胀系数的工程化衬底上制备多层器件的方法包括：在所述工程化衬底上生长缓冲层；和在所述缓冲层上生长一个或多个外延层。所述一个或多个外延层中的至少一个的特征是具有与所述衬底热膨胀系数实质上相同的外延热膨胀系数。在一些实施例中，所述一个或多个外延层可以包括交替的未掺杂GaN层和掺杂GaN层的超晶格。掺杂GaN可以包括碳掺杂的GaN（C-GaN）或铁掺杂的GaN（Fe-GaN）。所述方法还可以包括：生长耦合至所述超晶格的未掺杂GaN层；和生长耦合至所述未掺杂GaN层的第一外延层。所述第一外延层可以包括氮化铝镓（AlGaN）或氮化铟铝（InAlN）。所述未掺杂GaN层与所述第一外延层之间的界面可以形成高电子迁移率晶体管（HEMT）的导电沟道150。所述工程化衬底可以包括多晶陶瓷芯、封装所述多晶陶瓷芯的阻挡层、耦合至所述阻挡层的键合层和耦合至所述键合层的实质单晶硅层。所述缓冲层可以包括AlN、AlGaN或AlN/AlGaN中的至少一种。

根据本发明的一些其他实施例，一种用于在具有衬底热膨胀系数的工程化衬底上制备多层器件的方法包括：在所述工程化衬底上生长缓冲层；和生长耦合至所述缓冲层的第一外延层。所述第一外延层的特征是具有与所述衬底热膨胀系数实质上相同的外延热膨胀系数。所述方法还包括：生长耦合至所述第一外延层的氮化铝镓（AlGaN）背阻挡层；生长耦合至所述AlGaN背阻挡层的未掺杂氮化镓（GaN）层；和生长耦合至所述未掺杂GaN层的阻挡层。

根据本发明的一些其他实施例，一种外延半导体结构包括：工程化衬底，其具有衬底热膨胀系数；缓冲层，其形成于所述工程化衬底上；和第一外延层，其形成于所述缓冲层上。所述第一外延层的特征是具有与所述衬底热膨胀系数实质上相同的外延热膨胀系数。

附图说明

图1为示出了根据本发明的实施例的形成在工程化衬底结构上的功率器件的简化的截面示意图。

图2为示出了根据本发明的另一个实施例的形成在工程化衬底结构上的功率器件的简化的截面示意图。

图3为示出了根据本发明的实施例的形成在具有背面接触（back-side contact）的工程化衬底结构上的功率器件的简化的截面示意图。

图4为示出了根据本发明的实施例的形成在具有前面接触（front-side contact）的工程化衬底结构上的功率器件的简化的截面示意图。

图5为示出了根据本发明的实施例的形成在工程化衬底结构上的功率器件的简化的截面示意图。