[发明专利]利用再生长沟道的GaN垂直JFET的方法和系统

说明书

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“METHOD AND SYSTEM FOR GAN VERTICAL JFET UTILIZING A REGROWN GATE”；

·申请号13/198659，2011年8月4日提交，题为“METHOD AND SYSTEM FOR A GAN VERTICAL JFET UTILIZING A REGROWN CHANNEL”；和

·申请号13/198,666，2011年8月4日提交，题为“METHOD AND SYSTEM FOR FORMATION OF P-N JUNCTIONS IN GALLIUM NITRIDE BASED ELECTRONICS”。

背景技术

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。

发明内容

本发明一般性涉及电子器件。更具体地，本发明涉及形成垂直的结型场效应晶体管（JFET）。仅通过示例的方式，本发明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。

根据本发明的一个实施方案，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。

根据本发明的另一实施方案，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。

根据本发明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。

通过本发明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，本发明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， 本发明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发明的这些实施方案和其他实施方案以及本发明的许多优点和特征进行详细描述。

附图说明