CN105103295B - 具有垂直漂移区的横向GaN JFET - Google Patents
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Abstract
一种基于氮化镓(GaN)的结型场效应晶体管(JFET)可以包括具有沿横向维度延伸的顶表面的GaN漏极区、源极区以及第一导电类型的GaN沟道区，GaN沟道区耦接在源极区与GaN漏极区之间并且可操作地在源极区与GaN漏极区之间传导电流。JFET也可以包括设置在源极区与GaN漏极区之间的阻挡层，使得GaN沟道区可操作地在GaN沟道区的横向传导区中大体沿着横向维度传导电流；以及耦接到GaN沟道区的第二导电类型的GaN栅极区，使得GaN沟道区的横向传导区设置在阻挡层的至少一部分与GaN栅极区之间。
Description
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改变电能的形式例如，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水平内运行，从移动设备中的几毫瓦到高压输电系统中的几百兆瓦。尽管在功率电子器件方面取得了进展，但是在本领域中还对改进的电子系统和操作该改进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，本发明涉及一种使用第III族氮化物半导体材料形成具有垂直漂移区的横向结型栅极场效应晶体管(JFET)。仅通过示例的方式，本发明已应用于使用基于氮化镓(GaN)的外延层制造JFET功率晶体管的方法和系统。该方法和技术可以利用阻挡层来沿横向方向引导电流。
根据本公开内容的半导体器件的实施方案可以包括具有第一导电类型的第III族氮化物衬底、耦接到第III族氮化物衬底的具有第一导电类型的第一第III族氮化物外延层、以及耦接到第一导电类型的第一第III族氮化物外延层并且具有至少一个开口的阻挡层。该半导体器件还可以包括具有第一导电类型并且耦接到阻挡层的第二第III族氮化物外延层，并且第一第III族氮化物外延层穿过阻挡层中的至少一个开口。该半导体器件还可以包括具有第二导电类型并且耦接到第二第III族氮化物外延层的第三第III族氮化物外延层，使得第二第III族氮化物外延层的至少一部分设置在第三第III族氮化物外延层的至少一部分与阻挡层的至少一部分之间以形成沟道区；以及耦接到第二第III族氮化物外延层的源极区，使得沟道区的至少一部分设置在源极区与阻挡层中的至少一个开口之间。
根据本公开内容的方法的实施方案包括提供具有第一导电类型的第III族氮化物衬底，并且形成具有第一导电类型并且耦接到第III族氮化物衬底的第一第III族氮化物外延层。该方法还可以包括形成耦接到第一导电类型的第一第III族氮化物外延层并且具有至少一个开口的阻挡层，并且形成耦接到阻挡层的具有第一导电类型的第二第III族氮化物外延层，并且第一第III族氮化物外延层穿过阻挡层中的至少一个开口。该方法还可以包括形成具有第二导电类型的第三第III族氮化物外延层，其耦接到第二第III族氮化物外延层，使得第二第III族氮化物外延层的至少一部分设置在第三第III族氮化物外延层的至少一部分与阻挡层的至少一部分之间以形成沟道区。最后，该方法可以包括形成耦接到第二第III族氮化物外延层的源极区，使得沟道区设置在源极区与阻挡层中的至少一个开口之间。
根据本公开内容的基于氮化镓(GaN)的结型场效应晶体管(JFET)的实施方案可以包括具有沿横向维度延伸的顶表面的GaN漏极区、源极区以及耦接在源极区与GaN漏极区之间并且可操作地在源极区与GaN漏极区之间传导电流的第一导电类型的GaN沟道区。基于GaN的JFET还可以包括设置在源极区与GaN漏极区之间的阻挡层，使得GaN沟道区可操作地在GaN沟道区的横向传导区中大体上沿着横向维度传导电流。最后，基于GaN的JFET可以包括耦接到GaN沟道区的第二导电类型的GaN栅极区，使得GaN沟道区的横向传导区设置在阻挡层的至少一部分与GaN栅极区之间。
通过本发明的方法实现了优于常规技术的许多益处。例如，本发明的实施方案使得能够利用外延控制(而非例如光刻控制)来高水平地控制横向JFET的沟道区的掺杂密度和/或宽度。另外，大部分反向电场耗散在垂直漂移层上方，同时晶体管作用受横向沟道控制。结合下面的文字和附图更详细地描述了本发明的这些实施方案和其他实施方案及其许多优点和特性。
附图说明
图1A和图1B是示出了根据本发明的实施方案的横向JFET的操作功能性的简化截面图；
图2至图11是示出了用于制造根据一个实施方案的横向JFET的工艺的简化截面图；
图12是示出了制造根据本发明的实施方案的横向JFET的方法的简化流程图。
具体实施方式
本发明一般性涉及电子器件。更具体地，本发明涉及使用第III族氮化物半导体材料形成具有垂直漂移区的横向结型栅极场效应晶体管(JFET)。仅通过示例的方式，已将本发明应用于使用基于氮化镓(GaN)的外延层制造JFET功率晶体管的方法和系统。该方法和技术可以利用阻挡层来沿横向方向引导电流。
基于GaN的电子器件和光电器件正经历快速发展，并且一般有望超越竞争者硅(Si)和碳化硅(SiC)。与GaN及相关合金和异质结构相关联的期望特性包括：用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度)；高击穿电场以及高热导率。具体地，对于给定的背景掺杂水平N，电子迁移率μ高于竞争材料。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。
由包括体GaN衬底上的同质外延GaN层的GaN材料所提供的另一优异特性是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的电阻更低的电阻R，原因是电阻可以通过公式(2)确定：
其中A为沟道或电流路径的截面积。
一般而言，在器件的断开状态中支持高电压所需的器件物理尺寸与在导通状态下使电流经过具有低电阻的同一器件之间存在折衷关系。在许多情况下，GaN优于其他材料之处在于使该折衷最小化并且使性能最大化。另外，生长在体GaN衬底上的GaN层与生长在失配衬底上的层相比具有低缺陷密度。低缺陷密度将导致优越的热导率、更小的陷阱相关的效应例如动态导通电阻以及更好的可靠性。
除了垂直结构外，也考虑横向JFET。根据掺杂水平、物理尺寸、导电类型(例如，n型材料或p型材料)以及其他因素，可以将横向JFET设计成具有常断或常通功能性。常断横向JFET因其防止电流在栅极被施加零电压的情况下流动的能力而特别有用，其中，其可用作用在功率应用的横向JFET的安全特征。
可以以各种方式来制造常断横向JFET。例如，可以通过p+栅极来选通源极到漏极的n型电流路径。利用足够低的背景掺杂和因p+栅极中高的空穴浓度而产生的高的正电荷，能够使沟道在零偏压下耗尽载流子或者被夹断。当向栅极施加正向电压时，沟道能够被重新接通以使器件接通。如下面在本文中所详述的，本发明的实施方案可以包括阻挡层和在电流路径的至少一部分中沿着横向方向引导电流的栅极。从而，横向JFET被称为横向结型场效应晶体管，这是因为电流的至少一部分被引导为横向流动。
除了支持高电压、低电阻JFET应用的能力以外，本文中所述的横向JFET能够以其他方式不同于传统横向JFET。GaN外延层的使用能够使得横向JFET的各个层中的作为厚度的函数的掺杂剂浓度非均匀，这能够优化器件的性能。
图1A和图1B是示出了根据实施方案的横向JFET 100的操作功能性的简化横截面图。参照图1A，设置了漏极区10。根据图1A示出的本发明的实施方案，衬底为n型GaN衬底，但是本发明不限于该特定材料。在其他实施方案中，使用具有p型掺杂的衬底。
另外，虽然图1A示出了GaN衬底，但是本发明的实施方案不限于GaN衬底。其他第III-V族材料特别是第III族氮化物材料包括在本发明的范围内，其不仅可以取代所示的GaN衬底，而且可以取代本文中所述的其他基于GaN的层和结构。作为实例，二元第III-V族(例如，第III族氮化物)材料、三元第III-V族(例如，第III族氮化物)材料例如InGaN和AlGaN、以及四元第III-V族(例如，第III族氮化物)材料例如AlInGaN包括在本发明的范围内。
另外，实施方案可以使用具有相反导电类型的材料以提供具有不同功能性的器件。例如，本文中提供的实施方案关注于具有n型漏极和沟道区的横向JFET的形成。然而，可以以本领域技术人员所明了的类似方式通过使用具有相反导电性的材料(例如，用p型材料代替n型材料，以及用n型材料代替p型材料)来形成p型横向JFET。
耦接到漏极区10的是n型GaN材料的漂移区20。漂移区20提供了电流能够穿过该漂移区20沿垂直方向在漏极区10与耦接到漂移区20的沟道区30之间流动(在横向JFET的导通状态下)的介质。在断开状态下，漂移区20提供了用于支持由源极或栅极与漏极之间的电压梯度所产生的电场的介质。沟道区30也可以包括n型GaN材料，其可以足够厚以在横向JFET100接通时最小化附加电阻，但也可以足够薄以在横向JFET100断开时提供适当的电流夹断。沟道区30耦接到包括重掺杂的n型GaN材料的源极区40和包括p型GaN材料的栅极区50。源极区40和栅极区50两者可以具有可以分别被施加电压VS和VG的金属接触部。漏极区10也可以具有可以被施加漏极电压VD的金属接触部(未示出)。
横向JFET 100可以包括阻挡层60，阻挡层60包括可以阻挡n型GaN材料的沟道区30中的电场和电流的p型GaN材料和/或绝缘材料。从而，阻挡层60连同栅极区50一起可以引导电流穿过沟道区30的横向传导区35。p型GaN材料的栅极区50和阻挡层60在与n型材料的沟道区30和漂移区20耦接时形成具有相应耗尽区37的p-n结。或者，p型GaN材料的栅极区50也可以与阻挡层60电连接以形成埋置的p型栅极。
下面描述横向JFET 100的操作。图1A示出了可以为操作默认模式(例如，VG＝0V)的断开的横向JFET。如图1A所示，耗尽区37在沟道中的位置39处交叠，以防止电流从漏极区10穿过沟道区流动到源极区40。
图1B示出了接通的横向JFET，意味着耗尽区37分离，以使得当漏极区10和源极区40分别被施加电压VD和VS时，电流能够在横向传导区35中大体沿着横向维度61并且在沟道区30和/或漂移区20的另一部分中大体沿着垂直维度62流动。在该实施方案中，施加到栅极区50的电压VG的施加通过减小栅极的耗尽区37的大小而接通横向JFET 100并从而提供穿过沟道区30的电流路径。
横向JFET 100是常通还是常断可以取决于横向JFET 100的不同特征，例如沟道区30的厚度、沟道区30和栅极区50中的掺杂剂浓度等。例如，如果沟道区足够宽和/或掺杂剂浓度足够高则可以形成常通的横向JFET，在这种情况下，当施加到栅极区50的电压VG为0V时耗尽区37可能无法夹断电流。常通横向JFET 100在VG达到负的阈值电压时可能断开。或者，对于常断横向JFET，当VG为0V时沟道被夹断，并且常断横向JFET 100在VG达到正的阈值电压时可能接通。
图2至图11是示出了用于制造根据一个实施方案的横向JFET的工艺的简化横截面图。
参照图2，在GaN衬底210上形成第一GaN外延层220。GaN衬底210可以为在其上生长第一GaN外延层220的伪块体(pseudo-bulk)GaN材料。GaN衬底210的掺杂剂浓度(例如，掺杂密度)可以变化。例如，GaN衬底210可以具有n+导电类型，掺杂剂浓度为从1×1017cm-3至1×1019cm-3。虽然GaN衬底210示出为包括单材料组分，但是可以设置多个层作为衬底的一部分。此外，在外延生长过程期间可以使用粘合层、缓冲层和其他层(未示出)。本领域的普通技术人员应当认识到许多变化方案、修改方案和替代方案。
第一GaN外延层220的性质也可以根据期望的功能性而变化。第一GaN外延层220可以用作横向JFET 100的漂移区，并且因此可以为相对低掺杂的材料。例如，第一GaN外延层220可以具有n-导电类型，掺杂剂浓度在1×1014cm-3至1×1018cm-3之间。此外，掺杂剂浓度可以是均匀的，或者可以例如作为漂移区的厚度的函数而变化。
第一GaN外延层220的厚度也可以根据期望的功能性而显著变化。如上所述，同质外延生长可以使第一GaN外延层220生长为远厚于使用常规方法形成的层。通常，在一些实施方案中，厚度可以在0.5μm和100μm之间变化，例如厚度大于5μm。所得到的横向JFET 100的击穿电压可以根据本实施方案而变化。一些实施方案提供了至少100V、至少300V、至少600V、至少1.2kV、至少1.7kV、至少3.3kV、至少5.5kV、至少13kV或至少20kV的击穿电压。
可以使用不同的掺杂剂来制造本文中公开的n型和p型GaN外延层和结构。例如，n型掺杂剂可以包括硅、氧、锗等。p型掺杂剂可以包括镁、铍、锌、碳等。
可以在第一GaN外延层220上形成阻挡层230。阻挡层230可以是包括可以用于阻挡电场和/或电流流动通过后续形成的沟道区的各种材料中的任意材料的电阻性半导体层。例如，阻挡层230可以包括GaN、AlGaN、InGaN和/或其他高带隙材料。另外或替选地，阻挡层230可以包括绝缘材料例如AlN。对于其中第一GaN外延层220具有n型导电性的实施方案，阻挡层230可以具有p型导电性。在一些实施方案中，阻挡层230的掺杂剂浓度可以在5×1016cm-3至1×1020cm-3之间，并且阻挡层230的厚度235可以在100nm和1000nm之间。在其他实施方案中，掺杂剂浓度和/或厚度可以更高或更低。
图3示出了可以如何移除阻挡层230的一个或更多个部分以形成阻挡层230中的一个或更多个开口310。可以使用干法蚀刻步骤和/或湿法蚀刻步骤来形成开口310，干法蚀刻和/或湿法蚀刻可以利用光刻方法和/或蚀刻掩模的用法。
可以根据期望的功能性来改变开口310的宽度320。宽度320限定了从第一GaN外延层220(漂移区)到后续形成的沟道区的电流路径，并且可以在横向JFET的设计中表现出折衷。如果宽度320相对大，则能够有助于确保对于电流的相对低电阻的路径，但是可能更加难以夹断并且使晶体管面积聚集密度减小。相反，如果宽度320相对小，则电阻率会较高，但是电流会更容易夹断。在一些实施方案中，宽度320可以为200nm到4微米的任意值。其他实施方案可以包括该范围之外的宽度。另外或替选地，实施方案可以包括对于不同开口310的不同宽度320。
图4示出了耦接到阻挡层230的第二GaN外延层410的形成。最终包括横向JFET 100的沟道的第二GaN外延层410也通过开口310耦接到第一GaN外延层220，从而建立了其中电流可以行进穿过横向JFET的路径。另外，第二GaN外延层410可以具有与第一GaN外延层220相同的导电类型。在一些实施方案中，第二GaN外延层410可以具有比第一GaN外延层220更高的掺杂剂浓度。
可以使用外延再生长方法形成第二GaN外延层410。与其他技术相比，这可以使得能够高水平地控制横向JFET的沟道的横向传导区的掺杂和厚度415。在一些实施方案中，第二GaN外延层410的掺杂剂浓度可以在1×1016cm-3至1×1018cm-3之间，并且横向传导区(即，第二GaN外延层410在阻挡层230上方的区域)的厚度415可以在25nm和1微米之间。在其他实施方案中，横向传导区的厚度415在100nm和500nm之间。在另一些实施方案中，掺杂剂浓度和/或厚度可以更高或更低。此外，如关于第一GaN外延层220(并且同样可适用于后续层)所讨论的，可以视所制造的具体器件结构的情况在外延生长期间使用粘合层、缓冲层等。
图5示出了耦接到第二GaN外延层410的第三GaN外延层510的形成。第三GaN外延层510具有与第二GaN外延层410相反的导电类型。例如，如果第二GaN外延层410由n型GaN材料形成，则第三GaN外延层510可以由p型GaN材料形成，并且如果第二GaN外延层410由p型GaN材料形成，则第三GaN外延层510可以由n型GaN材料形成。在一些实施方案(未示出)中，通过选择性的外延再生长方法形成第三GaN外延层510，其中，第三GaN外延层510形成在第二GaN外延层410露出的部分上方，但是第三GaN外延层510不形成在受再生长掩模保护的区域上。如图5所示，其他实施方案可以均匀地形成第三GaN外延层510。
可以根据期望的功能性使形成横向JFET的栅极的第三GaN外延层510在掺杂密度和厚度方面变化。也就是说，第三GaN外延层510的厚度在一些实施方案中可以不是关键的，只要其向横向JFET的沟道区提供栅极功能性(即，电流夹断)即可。在一些实施方案中，第三GaN外延层510的厚度515可以在50nm至1微米之间。
形成第三GaN外延层510和本文中所述的其他层的一个方法可以是通过使用原位蚀刻和扩散制备方法的再生长方法。这些制备方法被描述在2011年8月4日提交的题为“METHOD AND SYSTEM FOR FORMATION OF P-N JUNCTIONS IN GALLIUM NITRIDE BASEDELECTRONICS”的美国专利申请第13/198,666号中，其全部内容通过引用并入本文中。
图6示出了形成在第二GaN外延层410和第三GaN外延层510中的注入区610的形成。注入区610用作横向JFET的源极。在第二GaN外延层410具有n型导电性的情况下，通过离子注入将n型掺杂剂例如Si引入到GaN中。由例如加速的Si离子轰击整个晶片表面以实现从20keV到600keV或更高的能量。通过阻挡表面的不期望注入的部分并且具有使注入能够穿过的开口的掩模(未示出)来限定注入区610。掩模可以例如由光致抗蚀剂、介电层例如氧化硅或氮化硅或其他材料例如Ni或Cr、其或一些组合构成。其他实施方案可以使用不同的方法来形成源极，例如通过蚀刻掉第二GaN外延层410和第三GaN外延层510的一部分，和/或使用外延再生长方法来形成源极。本领域的普通技术人员应当认识到许多变化方案、修改方案和替代方案。
图7示出了可以形成在GaN衬底210的表面上的背侧金属710的形成，该表面与GaN衬底210的与第一GaN外延层220耦接的表面相反。背侧金属710可以用作横向JFET的漏电极。背侧金属710可以包括提供与GaN衬底210的良好欧姆接触的一个或更多个金属层。背侧金属710可以包括钛铝(Ti/Al)欧姆金属。可以使用的其他金属和/或合金包括但不限于铝、镍、金、钯、银、其组合等。在一些实施方案中，背侧金属710的最外面的金属可以包括金、钽、钨、钯、银、或铝、其组合等。背侧金属710可以使用各种方法例如溅射、蒸镀等中的任何方法形成。
图8示出了p欧姆金属化层810的形成。p欧姆金属化层810可以包括与第三GaN外延层510的p型GaN进行良好欧姆接触的一种或更多种金属，例如铂、钯、镍和/或其他适合材料。可以通过剥离方法或者通过光刻和蚀刻步骤来图案化p欧姆金属化层810。
图9示出了移除第三GaN外延层510的一部分以形成开口910。该移除方法也可以移除注入区610和/或第二GaN外延层410的一部分。在一些实施方案中，该移除步骤包括可以使用p欧姆金属化层810作为蚀刻掩模的蚀刻步骤。从而，可以不需要另外的光刻。相反，选择在基本没有蚀刻p欧姆金属化层810的情况下移除第三GaN外延层510的露出部分的蚀刻方法。例如，可以使用电感耦合等离子体(ICP)蚀刻步骤。在将第三GaN外延层510的一部分移除之后，使注入区610和/或第二GaN外延层410露出。其他实施方案可以使用其他干法蚀刻方法和/或湿法蚀刻方法。
对第三GaN外延层510的部分的移除也限定了第二GaN外延层410的一个或更多个横向传导区930的长度920。长度920可以根据期望的功能性、制造中的问题和/或其他因素变化。在一些实施方案中，长度920可以在500nm至1微米之间。其他实施方案可以具有小于500nm和/或大于1微米的长度920。此外，具有多个横向传导区930的横向JFET可以具有对于不同横向传导区930的不同长度920。
图10示出了注入区610中的可以露出阻挡层230的至少一部分的表面的开口1010的形成。可以通过使用湿法蚀刻和/或干法蚀刻制作开口1010。根据蚀刻的类型和/或其他移除方法，也可以移除阻挡层230的一部分。
图11示出了耦接到注入区610和阻挡层的金属结构1110的形成。金属结构1110可以用作横向JFET的源电极以及与阻挡层230的电接触部以防止阻挡层浮置。在替代方案中，阻挡层230可以电连接第三GaN外延层510。金属结构1110可以包括提供与注入区610良好欧姆接触的一个或更多个金属层。金属结构1110可以包括例如钛铝(Ti/Al)欧姆金属。可以使用的其他金属和/或合金，包括但不限于钒、钪、铝、镍、金、其组合等。在一些实施方案中，金属结构1110的最外面的金属可以包括金、钽、钨、钯、银、或铝、其组合等。可以使用各种方法例如溅射、蒸镀等中的任何方法来形成金属结构1110。
图12是示出了制造根据本发明的实施方案的横向JFET的方法的简化流程图。该方法包括提供第III族氮化物衬底(1210)。在实施方案中，第III族氮化物为n型GaN衬底。该方法还包括形成耦接到第III族氮化物衬底的第一第III族氮化物外延层(1220)。第一第III族氮化物外延层可以使用外延再生长形成，并且可以具有与第III族氮化物衬底相同的导电性。
该方法还包括形成耦接到第一第III族氮化物外延层并且具有至少一个开口的阻挡层(1230)。如前所示，阻挡层可以包括第III族氮化物外延层，例如GaN、AlGaN、InGaN和/或具有与第一第III族氮化物外延层相反导电性的其他高带隙材料。例如，如果第一第III族氮化物外延层具有n型导电性，则阻挡层可以具有p型导电性。在一些实施方案中，可以使用除了第III族氮化物以外的或作为第III族氮化物的替选的其他绝缘材料(例如，电介质如AlN)或其他半导体材料。
阻挡层阻挡垂直电场和/或电流在横向JFET的至少一些区域中流动，以使当接通时电流在后续形成的沟道区的至少一部分中大体上沿着横向方向流动。换言之，对于具有漏极区的横向JFET，该漏极区具有沿着横向维度延伸的顶表面，电流可以在横向传导区中大体上沿着横向维度流动。在阻挡层具有开口的情况下，电流能够沿着垂直维度行进进入。
该方法还包括形成穿过至少一个开口耦接到阻挡层和第一第III族氮化物外延层的第二第III族氮化物外延层(1240)。形成横向JFET的沟道区的第二第III族氮化物外延层可以具有与第一第III族氮化物外延层相同的导电类型。在一些实施方案中，第二第III族氮化物外延层的掺杂浓度(即，掺杂剂浓度)可以等于或小于第一第III族氮化物外延层。因为第二第III族氮化物外延层能够使用外延再生长形成，所以可以高度精确地控制沟道的横向传导部分的宽度和掺杂。
将第三第III族氮化物外延层形成为耦接到第二第III族氮化物外延层，使得第二第III族氮化物外延层的至少一部分设置在第三第III族氮化物外延层的至少一部分与阻挡层的至少一部分之间以形成沟道区(1250)。第三第III族氮化物外延层形成可以具有与第二第III族氮化物外延层(和沟道区)相反导电类型的栅极区，以在沟道区中建立可以调节以夹断电流或者允许电流穿过沟道区的耗尽区。
该方法还包括形成耦接到第二第III族氮化物外延层的源极层，使得沟道区设置在电接触部与阻挡层中的至少一个开口之间(1260)。在一些实施方案中，源极区可以包括第二第III族氮化物外延层的注入区。
在一些实施方案中，可以包括其他步骤。例如，可以使源极区和/或阻挡区耦接到形成源电极的金属结构。此外，也可以将第III族氮化物衬底和/或第三第III族氮化物外延层与电极耦接。如图2至图11所示，阻挡层可以包括多个开口，从而使得横向JFET能够具有对于多个开口中的每个开口的沟道区。
应理解的是，图12所示的具体步骤提供了制造根据本发明的实施方案的横向JFET的具体方法。根据替代方案，也可以执行其他步骤次序。例如，本发明的替代方案可以以不同次序执行以上所列的步骤。此外，图12所示的个别步骤可以包括对于单个步骤可以以各种适当的次序进行的多个子步骤。此外，可以根据具体应用添加或去除附加的步骤。本领域的普通技术人员应当认识到许多变化方案、修改方案和替代方案。
本领域的普通技术人员也应当认识到本文中提供的实施例的许多变化方案、修改方案和替代方案。如本文中所示，根据半导体器件的物理特性，可以以多种形状和形式中的任何形状和形式来提供本文中所述的半导体器件的接触部、第III族氮化物层、金属层以及/或者各种其他部件和/或区域。另外或替选地，根据期望的功能性，可以将本文中提供的实施例的导电类型反转(例如，用p型材料代替n型材料，或者用n型材料代替p型材料)。此外，使用GaN的本文中提供的实施方案可以使用除了GaN以外的或作为GaN的替选的其他第III族氮化物材料。考虑其他的变化方案、替换方案、修改方案和置换方案。
也应该理解，本文中所述的实施例和实施方案仅为说明性目的并且本领域的技术人员可提出根据实施例和实施方案的各种修改或改变并且所述各种修改和改变包括在该申请的精神和范围以及所附权利要求的范围之内。
Claims (17)
1.一种半导体器件，包括：
第III族氮化物衬底，其具有第一导电类型；
第一第III族氮化物外延层，其具有所述第一导电类型并耦接到所述第III族氮化物衬底；
阻挡层，其耦接到所述第一导电类型的所述第一第III族氮化物外延层并且具有至少一个开口；
由外延再生长的第III族氮化物外延层限定的再生长界面，所述外延再生长的第III族氮化物外延层具有所述第一导电类型，并且：
耦接到所述阻挡层；并且
穿过所述阻挡层中的所述至少一个开口耦接到所述第一第III族氮化物外延层；
第三第III族氮化物外延层，其具有第二导电类型并耦接到所述外延再生长的第III族氮化物外延层，使得所述外延再生长的第III族氮化物外延层的至少一部分设置在所述第三第III族氮化物外延层的至少一部分与所述阻挡层的至少一部分之间以形成沟道区；以及
源极区，其耦接到所述外延再生长的第III族氮化物外延层，使得所述沟道区的至少一部分设置在所述源极区与所述阻挡层中的所述至少一个开口之间。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括耦接到所述源极区和所述阻挡层的至少一部分的电接触部。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述源极区包括所述外延再生长的第III族氮化物外延层的注入区。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括耦接到所述第三第III族氮化物外延层的金属层。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括耦接到所述第III族氮化物衬底的金属层。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中：
所述阻挡层包括多个开口；
所述外延再生长的第III族氮化物外延层穿过所述阻挡层中的所述多个开口中的每个开口耦接到所述第一第III族氮化物外延层；并且
所述源极区耦接到所述外延再生长的第III族氮化物外延层，使得对于所述阻挡层中的所述多个开口中的每个开口，在所述源极区与所述阻挡层中的该开口之间设置有相应的沟道区。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层包括具有所述第二导电类型的第III族氮化物外延结构。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括设置在所述阻挡层和所述再生长界面之间的缓冲层。
9.一种方法，包括：
提供具有第一导电类型的第III族氮化物衬底；
形成具有所述第一导电类型并且耦接到所述第III族氮化物衬底的第一第III族氮化物外延层；
形成耦接到所述第一导电类型的所述第一第III族氮化物外延层的阻挡层；
移除所述阻挡层的一个或更多个部分以在所述阻挡层中形成至少一个开口；
外延再生长具有所述第一导电类型的再生长的第III族氮化物外延层，所述再生长的第III族氮化物外延层：
耦接到所述阻挡层，并且
通过所述阻挡层中的所述至少一个开口耦接到所述第一第III族氮化物外延层；
形成具有第二导电类型的第三第III族氮化物外延层，其耦接到所述再生长的第III族氮化物外延层，使得所述再生长的第III族氮化物外延层的至少一部分设置在所述第三第III族氮化物外延层的至少一部分与所述阻挡层的至少一部分之间以形成沟道区；并且
形成耦接到所述再生长的第III族氮化物外延层的源极区，使得所述沟道区设置在所述源极区与所述阻挡层中的所述至少一个开口之间。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括形成设置在所述第一第III族氮化物外延层和所述再生长的第III族氮化物外延层之间的阻挡层。
11.根据权利要求9所述的方法，其中形成所述源极区包括形成所述再生长的第III族氮化物外延层的注入区。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括形成耦接到所述源极区的金属结构。
13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述金属结构包括在所述阻挡层的至少一部分的露出表面上形成所述金属结构。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括形成耦接到所述第三第III族氮化物外延层的金属层。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括形成耦接到所述第III族氮化物衬底的金属层。
16.根据权利要求12所述的方法，其中：
形成所述阻挡层包括形成具有多个开口的所述阻挡层；
外延再生长所述再生长的第III族氮化物外延层包括外延再生长穿过所述阻挡层中的所述多个开口中的每个开口耦接到所述第一第III族氮化物外延层的所述再生长的第III族氮化物外延层；并且
形成所述源极区包括形成耦接到所述再生长的第III族氮化物外延层的所述源极区，使得对于所述阻挡层中的所述多个开口中的每个开口，在所述源极区与所述阻挡层中的该开口之间设置有相应的沟道区。
17.根据权利要求9所述的方法，其中形成所述阻挡层包括利用外延再生长来形成第III族氮化物结构，其中所述第III族氮化物结构具有所述第二导电类型。
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