一种包括垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的集成器件，包括：包含第一第III氮化物材料的漏极；耦合到漏极并且沿着垂直方向设置为相邻于漏极的包含第二第III族氮化物材料的漂移区；以及耦合到漂移区的包含第三第III族氮化物材料的沟道区。集成器件还包括：至少部分地包围沟道区的栅极区；耦合到沟道区的源极；以及耦合到漂移区的肖特基接触器。沟道区沿着垂直方向设置在漏极与源极之间使得在垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的操作期间电流流动沿着垂直方向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种包括垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的集成器件，包括：包含第一第III氮化物材料的漏极；耦合到漏极并且沿着垂直方向设置为相邻于漏极的包含第二第III族氮化物材料的漂移区；以及耦合到漂移区的包含第三第III族氮化物材料的沟道区。集成器件还包括：至少部分地包围沟道区的栅极区；耦合到沟道区的源极；以及耦合到漂移区的肖特基接触器。沟道区沿着垂直方向设置在漏极与源极之间使得在垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的操作期间电流流动沿着垂直方向。【专利说明】单片集成的垂直JFET和肖特基二极管相关申请本申请要求2011年11月4日提交的美国申请第13/289219号的优先权，将其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
功率电子器件广泛用在各种应用中。功率电子器件通常用作电路中的一部分以调节电能的形式(例如，在电压或电流转换器中)。这样的转换器可以在宽范围的功率电平(从可移动器件中的几毫瓦到高压输电系统中的几百兆瓦)内操作。尽管在功率电子器件中取得了进展，但是在本领域中还对改善的电子系统和操作该改善的电子系统的方法存在需求。
技术实现思路
本专利技术一般性涉及电子器件。更具体地，本专利技术涉及用于将垂直结型场效应晶体管(FET)与肖特基二极管进行单片集成的方法和系统。仅通过示例的方式，本专利技术已经应用于第III族氮化物基材料中这些结构的集成以提供高功率操作。该方法和技术可以应用于包括其他类型的晶体管和二极管的各种半导体器件以及其他器件类型(例如闸流管(thyristor))。根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种包括垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的集成器件。该集成器件包括包含第一第III族氮化物材料的漏极和耦合到漏极并且沿着垂直方向设置为相邻于漏极的包含第二第III族氮化物材料的漂移区。该集成器件还包括耦合到漂移区的包含第三第III族氮化物材料的沟道区和至少部分地包围沟道区的栅极区。该集成器件还包括耦合到沟道区的源极和耦合到漂移区的肖特基接触器。沟道区沿着垂直方向设置在漏极与源极之间使得在垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的操作期间电流流动沿着垂直方向。根据本专利技术的另一实施方案，提供了一种用于制造受控开关器件的方法。该方法包括提供第III族氮化物衬底并且形成耦合到第III族氮化物衬底的第一第III族氮化物外延层。第一第III族氮化物外延层的特征在于第一掺杂剂浓度。该方法还包括形成耦合到第一第III族氮化物外延层的第二第III族氮化物外延层。第二第III族氮化物外延层具有相同类型且低于或等于第一掺杂剂浓度的第二掺杂剂浓度。该方法还包括形成耦合到第二第III族氮化物外延层的第三第III族氮化物外延层。第三第III族氮化物外延层具有相同类型且大于第一掺杂剂浓度的第三掺杂剂浓度。另外，该方法包括移除第三第III族氮化物外延层的至少一部分和第二第III族氮化物外延层的至少一部分以形成第二第III族氮化物外延层的沟道区和形成耦合到沟道区的与第一第III族氮化物外延层相反类型的外延层。相反类型的外延层包括栅极区以及穿过相反类型的外延层的预定部分到达第一第III族氮化物外延层的一个或更多个过孔。此外，该方法包括:形成电耦合到第III族氮化物衬底的第一欧姆结构；形成电耦合到栅极区中的相反类型的外延层的第二欧姆结构；形成电耦合到第三第III族氮化物外延层的第三欧姆结构；以及形成穿过一个或更多个过孔延伸并且电耦合到第一第III族氮化物外延层的肖特基结构。根据本专利技术的一个具体实施方案，提供了一种包括垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的集成器件。该集成器件包括包含第一第III族氮化物材料的漏极/阴极区和耦合到该漏极/阴极区的包含第二第III族氮化物材料的漂移区。该集成器件还包括耦合到漏极/阴极区并且沿着垂直方向设置为相邻于漏极/阴极区的包含第三第III族氮化物材料的沟道区以及至少部分地包围沟道区并且具有耦合到漂移区的第一表面和在栅极区的与第一表面相反一侧上的第二表面的栅极区。该集成器件还包括耦合到沟道区的源极和耦合到漂移区的阳极。沟道区沿着垂直方向设置在漏极与源极之间使得在垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的操作期间电流流动沿着垂直方向。根据本专利技术的另一具体实施方案，提供了一种用于制造集成的垂直结型场效应晶体管(JFET)和肖特基二极管的方法。该方法包括:提供氮化镓(GaN)衬底；形成耦合到GaN衬底的η型GaN外延层；以及形成稱合到η型GaN外延层的ρ型GaN外延层。ρ型GaN外延层的特征在于P型掺杂剂浓度。该方法还包括移除P型GaN外延层的至少第一部分以露出η型GaN外延层的沟道部分以及移除ρ型GaN外延层的至少第二部分以露出η型GaN外延层的肖特基部分。该方法还包括形成耦合到η型GaN外延层和ρ型GaN外延层的沟道部分的至少一部分的η型GaN沟道区以及形成稱合到η型GaN沟道区的η型GaN外延结构。另外，该方法包括:形成电耦合到GaN衬底的第一金属结构；形成电耦合到P型GaN外延层的第二金属结构；以及形成电耦合到η型GaN外延结构的第三金属结构。此外，该方法包括形成电耦合到η型GaN外延层的肖特基部分的第四金属结构。通过本专利技术的方法实现了优于常规技术的许多益处。例如，本专利技术的实施方案在提供GaN基材料中固有的益处的同时提供了与肖特基二极管集成的电子开关。作为示例，本专利技术的实施方案提供了用于市场存在于开关模式电源、功率因数补偿器、dc-ac逆变器、dc-dc升压转换器及各种其他电路拓扑结构的高压产品。本专利技术的实施方案所提供的优于常规器件的优点基于GaN基材料的优越的材料特性。本专利技术的实施方案提供了具有优于用于功率电子器件的其他材料的特性的体GaN衬底上同质外延GaN层。高电子迁移率μ与给定的背景掺杂水平N有关，由于P = l/qyN,N导致低电阻率P。本专利技术的实施方案所提供的另一有益特性为对于雪崩击穿(avalanchebreakdown)的高临界电场EeHt。与具有较低的Erait的材料相比，高临界电场使得在较小的长度L上能够支持大电压。因为R= P L/A(其中A为沟道或电流路径的横截面面积)，所以电流流经的更短的距离和低电阻率导致比常规高压器件的电阻更低的电阻R。对于漂移区垂直取向的高压器件，与相同额定电压的横向器件相比，可以将更多的单位单元装进晶圆区域中。更多的单位单元导致电流路径的宽度增加，并且因而导致更大的横截面面积，这减小了沟道的电阻。另外，体GaN衬底上生长的GaN层与在不匹配的衬底上生长的层相比具有低的缺陷密度。低缺陷密度导致优异的热传导性，更少的与陷阱相关的影响(例如动态导通电阻)，更低的漏电流以及增加的可靠性。获得与其它材料中的类似器件结构相比可以在低电阻的情况下支持高电压的区域的能力，使得本专利技术的实施方案能够在使用用于GaN器件的显著更小的面积的同时提供常规器件的电阻特性和耐压能力(voltage capability)。与面积成正比的电容C近似为C=ε A/t，所以更小的器件将具有更小的端到端电容。更低的电容导致更快的开关和更少的开关功率损失。如下所述，在体GaN衬底上生长的GaN中制造垂直器件的能力将允许更小的有源区域的器件，该器件具有与常规材料系统中更大的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包括垂直第III族氮化物FET和肖特基二极管的集成器件，所述集成器件包括：包含第一第III族氮化物材料的漏极；耦合到所述漏极并且沿着垂直方向设置为相邻于所述漏极的包含第二第III族氮化物材料的漂移区；耦合到所述漂移区的包含第三第III族氮化物材料的沟道区；至少部分地包围所述沟道区的栅极区；耦合到所述沟道区的源极；以及耦合到所述漂移区的肖特基接触器，其中所述沟道区沿着所述垂直方向设置在所述漏极与所述源极之间使得在所述垂直第III族氮化物FET和所述肖特基二极管的操作期间电流流动沿着所述垂直方向。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊舍克·C·克孜勒亚尔勒，聂辉，安德鲁·P·爱德华兹，林达·罗马诺，大卫·P·布尔，理查德·J·布朗，托马斯·R·普朗蒂，
申请(专利权)人：阿沃吉有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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