利用再生长沟道的GaN垂直JFET的方法和系统技术方案

一种垂直的第III族氮化物场效应晶体管，包括：包含第一第III族氮化物材料的漏极；电耦合到漏极的漏极接触部；以及耦合到漏极的包含第二第III族氮化物材料的漂移区。该场效应晶体管还包括：耦合到漏极并且沿垂直方向与漏极相邻布置的包含第三第III族氮化物材料的沟道区；至少部分包围沟道区的栅极区。该场效应晶体管还包括：耦合到沟道区的源极；以及电耦合到源极的源极接触部。沟道区沿垂直方向布置在漏极与源极之间使得在垂直的第III族氮化物场效应晶体管的操作期间的电流流动沿着垂直方向，并且沟道区沿栅极区的第二表面的至少一部分延伸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用再生长沟道的GaN垂直JFET的方法和系统相关申请的交叉引用以下常规美国专利申请（包括本申请）为同时提交的，并且将其他申请的全部公开内容出于所有目的通过引用并入本申请中：·申请号13/198655，2011年8月4日提交，题为“METHODANDSYSTEMFORGANVERTICALJFETUTILIZINGAREGROWNGATE”；·申请号13/198659，2011年8月4日提交，题为“METHODANDSYSTEMFORAGANVERTICALJFETUTILIZINGAREGROWNCHANNEL”；和·申请号13/198,666，2011年8月4日提交，题为“METHODANDSYSTEMFORFORMATIONOFP-NJUNCTIONSINGALLIUMNITRIDEBASEDELECTRONICS”。
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在电路中以调节电能的形式（例如，从交流到直流，从一个电压电平到另一电压电平或者以一些其他方式）。这样的器件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，本专利技术涉及形成垂直的结型场效应晶体管（JFET）。仅通过示例的方式，本专利技术已经应用于制造使用氮化镓（GaN）基外延层的常断型垂直JFET的方法和系统。该方法和技术可以应用于可以提供常断型或者常通型功能性的包括n沟道垂直JFET和p沟道垂直JFET的各种化合物半导体系统。根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种用于制造垂直JFET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n型GaN外延层；以及形成耦合到n型GaN外延层的p型GaN外延层。p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外延层的至少一部分以露出n型GaN外延层的一部分；形成耦合到p型GaN外延层的至少一部分和n型GaN外延层的n型GaN沟道区；以及形成耦合到n型GaN沟道区的n型GaN外延结构。该方法还包括：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n型GaN外延结构的第三金属结构。根据本专利技术的另一实施方案，提供了一种用于制造外延结构的方法。该方法包括：提供第III族氮化物衬底；以及形成耦合到第III族氮化物衬底的第一导电类型的第一第III族氮化物外延层。第一第III族氮化物外延层具有第一掺杂剂浓度。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导电类型的第二第III族氮化物外延层。第二第III族氮化物外延层具有第二掺杂剂浓度。该方法还包括：移除第二第III族氮化物外延层的至少一部分以露出第一第III族氮化物外延层的表面；以及形成耦合到第一第III族氮化物外延层的表面的第一导电类型的第III族氮化物外延沟道区。第III氮化物外延沟道区具有第三掺杂剂浓度。根据本专利技术的一个具体实施方案，提供了一种垂直的第III族氮化物场效应晶体管。该垂直的第III族氮化物场效应晶体管包括：包含第一第III族氮化物材料的漏极；电耦合到漏极的漏极接触部；和耦合到漏极的包含第二第III族氮化物材料的漂移区。该垂直的第III族氮化物场效应晶体管还包括：耦合到漏极并且沿垂直方向与漏极相邻布置的包含第三第III族氮化物材料的沟道区；以及至少部分包围沟道区的栅极区，该栅极区具有耦合到漂移区的第一表面和在栅极区域的与第一表面相反的一侧上的第二表面。该垂直的第III族氮化物场效应晶体管还包括：电耦合到栅极区的栅极接触部；耦合到沟道区的源极；和电耦合到源极的源极接触部。沟道区沿垂直方向布置在漏极与源极之间使得在垂直的第III族氮化物场效应晶体管的操作期间的电流流动沿着垂直方向，并且沟道区沿栅极区的第二表面的至少一部分延伸。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，与常规技术相比，本专利技术的实施方案能够使用更厚的第III族氮化物半导体层，这可以得到能够在比常规器件的操作电压更高的电压下操作的器件。另外，本专利技术的实施方案提供了可以使得器件具有更高的功率密度、更低的电容以及总体上更好的性能的垂直晶体管结构。结合下文以及附图对本专利技术的这些实施方案和其他实施方案以及本专利技术的许多优点和特征进行详细描述。附图说明图1A至图1B为示出根据本专利技术的一个实施方案的垂直JFET的操作功能性的简化横截面图；图2至图9为示出根据本专利技术的一个实施方案的垂直的结型场效应晶体管（JFET）的制造的简化横截面图；图10至图17为示出根据本专利技术的另一实施方案的垂直JFET的制造的简化横截面图；图18为示出根据本专利技术的一个实施方案的具有再生长栅极区的垂直JFET的制造方法的简化流程图；图19为示出根据本专利技术的一个实施方案的具有再生长沟道区的垂直JFET的制造方法的简化流程图。具体实施方式本专利技术的实施方案涉及电子器件。更具体地，本专利技术涉及形成垂直的结型场效应晶体管（JFET）。仅通过示例的方式，本专利技术已经应用于制造使用氮化镓（GaN）基外延层的常断型垂直JFET的方法和系统。该方法和技术可以应用于可以提供常断功能性或者常通功能性的包括n沟道垂直JFET和p沟道垂直JFET的各种化合物半导体系统。GaN基电子器件和光电子器件正经历快速发展。与GaN以及相关的合金和异质结构相关联的期望特性包括对于可见光发射和紫外光发射的高带隙能量、有利的传输特性（例如，高电子迁移率和高饱和速率）、高击穿电场以及高热导率。根据本专利技术的实施方案，利用在拟块体（pseudo-bulk）GaN衬底上的氮化镓（GaN）外延生长来制造不能使用常规技术制造的GaN基半导体器件。例如生长GaN的常规方法包括使用异质衬底例如碳化硅（SiC）。这可由于GaN层与异质衬底之间的热膨胀系数和晶格常数的不同而限制生长在异质衬底上的可用GaN层的厚度。GaN与异质衬底之间的界面处的高缺陷密度进一步使制造包括功率电子器件（例如JFET和其他场效应晶体管）的垂直器件的尝试复杂化。反之，在本文中所描述的实施方案中利用在块体GaN衬底上的同质外延GaN层来提供比常规技术和器件优异的特性。例如，对于给定的背景掺杂水平N，电子迁移率μ更高。这提供了低电阻率ρ，原因是电阻率与电子迁移率成反比，如公式（1）所示：其中q为元电荷。在块体GaN衬底上的同质外延GaN层所提供的另一优异特性为对于雪崩击穿的高临界电场。高临界电场使得与具有较低临界电场的材料相比能够在更小的长度L上支持更大的电压。电流流经更小的长度与低电阻率导致比其他材料更低的电阻R，原因是电阻可以通过以下公式确定：其中A为沟道或电流路径的横截面积。通常，在器件的关断状态中需要支持高电压的器件的物理尺寸与使电流在导通状态下经过具有低电阻的相同器件的能力之间存在折衷。在许多情况下GaN在使该折衷最小化和使性能最大化方面比其他材料优选。另外，与在不匹配的衬底上生长的层相比，在块体GaN衬底上生长的GaN层具有低缺陷密度。低缺陷密度会产生优异的热导率、较少的陷阱相关的效应（例如动态导通电阻）以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造垂直JFET的方法，所述方法包括：提供GaN衬底；形成耦合到所述GaN衬底的n型GaN外延层；形成耦合到所述n型GaN外延层的p型GaN外延层，其中所述p型GaN外延层的特征在于p型掺杂剂浓度；移除所述p型GaN外延层的至少一部分以露出所述n型GaN外延层的一部分；形成耦合到所述p型GaN外延层的至少一部分和所述n型GaN外延层的n型GaN沟道区；形成耦合到所述n型GaN沟道区的n型GaN外延结构；形成电耦合到所述GaN衬底的第一金属结构；形成电耦合到所述p型GaN外延层的第二金属结构；以及形成电耦合到所述n型GaN外延结构的第三金属结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.04 US 13/198,6591.一种用于制造垂直JFET的方法，所述方法包括：提供GaN衬底；形成耦合到所述GaN衬底的n型GaN外延层；形成耦合到所述n型GaN外延层的p型GaN外延层，其中所述p型GaN外延层的特征在于p型掺杂剂浓度；移除所述p型GaN外延层的至少一部分以露出所述n型GaN外延层的一部分；形成耦合到所述p型GaN外延层的至少一部分和所述n型GaN外延层的n型GaN沟道区；形成耦合到所述n型GaN沟道区的n型GaN外延结构；形成电耦合到所述GaN衬底的第一金属结构；形成电耦合到所述p型GaN外延层的第二金属结构；以及形成电耦合到所述n型GaN外延结构的第三金属结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述n型GaN外延层的厚度在1μm至100μm之间。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述n型GaN沟道区的厚度大于所述p型GaN外延层的厚度。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述n型GaN外延层的特征在于第一n型掺杂剂浓度，所述n型GaN外延结构的特征在于大于所述第一n型掺杂剂浓度的第三n型掺杂剂浓度。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一n型掺杂剂浓度或所述第三n型掺杂剂浓度中至少之一作为厚度的函数而变化。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述n型GaN外延层包含含有硅和氧中至少之一的n型掺杂剂。7.一种用于制造外延结构的方法，所述方法包括：提供第III族氮化物衬底；形成耦合到所述第III族氮化物衬底的第一导电类型的第一第III族氮化物外延层，其中所述第一第III族氮化物外延层具有第一掺杂剂浓度；形成耦合到所述第一第III族氮化物外延层的第二导电类型的第二第III族氮化物外延层，其中所述第二第III族氮化物外延层具有第二掺杂剂浓度；移除所述第二第III族氮化物外延层的至少一部分以露出所述第一第III族氮化物外延层的表面；以及形成耦合到所述第一第III族氮化物外延层的所述表面的第一导电类型的第III族氮化物外延沟道区，其中：所述第III族氮化物外延沟道区具有第三掺杂剂浓度，以及所述第III族氮化物外延沟道区耦合到所述第二第III族氮化物外延层以使得所述第二第III族氮化物外延层形成用于所述第III族氮化物外延沟道区的栅极区。8.根据权利要求7所述的方法，还包括形成耦合到所述第III族氮化物外延沟道区的所述第一导电类型的第III族...

【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