一种氮化镓基肖特基二极管的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种氮化镓基肖特基二极管。

背景技术：

ⅲ-ⅴ族gan(氮化镓)自1932年首次报道以来，就受到大家的广泛关注，gan及其相关的化合物已经改变了半导体世界，并且它的许多应用改变了我们的日常生活这些技术的发展推动了社会的进步，除了led，更多的基于gan的场效应晶体管(fets)及二极管器件等正在开始第二次革命，目前氮化镓及其相关器件已经在高亮度led和高功率、高频fet上得到应用，发展成为继硅材料之后第二个重要的半导体材料，并且部分取代了大功率的电子产品。

目前的氮化镓基肖特基二极管主要结构如图1所示，其中，标号11为衬底，通常为蓝宝石、硅或碳化硅材料；标号12为在衬底11上通过外延生长的n+氮化镓层；标号13为介质层，通常为氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料；标号14为外延生长的n-型氮化镓材料；标号15为阳极金属电极，其与n-型氮化镓材料14形成肖特基接触；标号16为阴极金属电极，其与n+氮化镓层12形成欧姆接触。在这种结构中，由于本征氮化镓为n型材料，因此很难降低其中的电子浓度，同时n-型氮化镓需要经过外延、刻蚀等工艺，无法大幅提升电流密度及提高肖特基击穿电压。

技术实现要素：

本实用新型人针对上述问题及技术需求，提出了一种氮化镓基肖特基二极管，本实用新型的技术方案如下：

一种氮化镓基肖特基二极管，该氮化镓基肖特基二极管包括：衬底，衬底上制作有n+氮化镓外延层，n+氮化镓外延层上制作有呈间隔结构的n-gan外延层，n-gan外延层上制作有p-gan外延层，p-gan外延层上制作有介质层；介质层在n+氮化镓外延层未被p-gan外延层覆盖的区域处形成有刻蚀至n+氮化镓外延层表面的第一金属层孔，介质层在n-gan外延层处形成有刻蚀至p-gan外延层表面的第二金属层孔，第一金属层孔中制作有与n+氮化镓外延层形成欧姆接触的阴极金属电极，第二金属层孔中制作有与p-gan外延层形成肖特基接触的阳极金属电极。

其进一步的技术方案为，n-gan外延层的厚度为20nm-200nm。

其进一步的技术方案为，p-gan外延层的厚度为300nm-600nm。

其进一步的技术方案为，n-gan外延层每一个独立结构的剖面为圆形、方形、六角形中的任意一种。

其进一步的技术方案为，表面介质层的材料为氧化硅、氮化硅或氧化铝。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种氮化镓基肖特基二极管的新型结构，利用本申请公开的制作方法制作得到的氮化镓基肖特基二极管可以大幅降低漏电，提升器件耐压，同时在肖特基势垒引入了p-gan外延层，可以有效提升肖特基势垒高度。

附图说明

图1是现有的氮化镓基肖特基二极管的结构图。

图2是本申请的氮化镓基肖特基二极管的制作方法的流程图。

图3是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中一个步骤的结构图。

图4是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中另一个步骤的结构图。

图5是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中另一个步骤的结构图。

图6是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中另一个步骤的结构图。

图7是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中另一个步骤的结构图。

图8是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中另一个步骤的结构图。

图9是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中另一个步骤的结构图。

图10是本申请的氮化镓基肖特基二极管制作过程中另一个步骤的结构图。

图11是本申请的新型结构的氮化镓基肖特基二极管的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种新型的氮化镓基肖特基二极管，其制作过程包括如下步骤，请参考图2所示的方法流程图：

步骤1，请参考图3，在衬底21上制作n+氮化镓外延层22。衬底21可以如常规技术采用蓝宝石、硅或碳化硅等材料。

步骤2，在n+氮化镓外延层22上制作n-gan外延层24，n-gan外延层24呈间隔结构。在本申请中，n-gan外延层24的厚度为20nm-200nm。本申请的制作n-gan外延层24的方法为：

(1)在n+氮化镓外延层22的表面通过外延生长的方式生长一层表面介质层23，如图3所示，表面介质层23的材料为氧化硅、氮化硅或氧化铝等。表面介质层23的厚度大于等于需要制作的n-gan外延层24的厚度，厚度通常为200nm-500nm，优选地为300nm。

(2)完成表面介质层23的光刻和刻蚀，形成间隔的表面介质层窗口，如图4所示。表面介质层窗口的剖面形状为圆形、方形、六角形中的任意一种，如图5所示的俯视图，以表面介质层窗口为圆形为例。如图4和5所示，n+氮化镓外延层22在表面介质层窗口处外露。

(3)在表面介质层23的阻挡下进行n-gan外延，n-gan外延的厚度与需要制作的n-gan外延层24的厚度相等，n-gan外延会覆盖表面介质层窗口内的n+氮化镓外延层22的外露区域上，如图6所示。

(4)通过湿法工艺去除表面介质层23，最终形成制作于表面介质层窗口中的、形成间隔结构的n-gan外延层24，如图7所示。而n-gan外延层24的每个独立结构的剖面形状与表面介质层窗口的剖面形状相同，为圆形、方形、六角形中的任意一种。此时n+氮化镓外延层22的未被n-gan外延层24覆盖的区域形成外露区域。

步骤3，制作p-gan外延层25，p-gan外延层25覆盖n-gan外延层24以及外露的n+氮化镓外延层22，如图8所示，本申请中p-gan外延层25的厚度为300nm-600nm。

步骤4，做p-gan外延层25的光刻及刻蚀，保留p-gan外延层25覆盖在n-gan外延层24的表面及侧壁的区域，在n+氮化镓外延层22的外露区域处刻蚀p-gan外延层25至n+氮化镓外延层22表面，本步骤中n+氮化镓外延层22的外露区域指的是n+氮化镓外延层22未被n-gan外延层24覆盖的区域，如图9所示。

步骤5，淀积介质层26，介质层26会覆盖p-gan外延层25以及n+氮化镓外延层22的外露区域。做介质层26的光刻和刻蚀，包括：保留介质层26覆盖在p-gan外延层25侧壁的区域，在n+氮化镓外延层22的外露区域处刻蚀介质层26至n+氮化镓外延层22表面形成第一金属层孔261，本步骤中n+氮化镓外延层22的外露区域指的是n+氮化镓外延层22未被p-gan外延层25覆盖的区域。在n-gan外延层24处刻蚀介质层26至p-gan外延层表面25形成第二金属层孔262，如图10所示。

步骤6，进行金属层淀积和刻蚀，形成制作在第一金属层孔261中的阴极金属电极27，以及，制作在第二金属层孔262中的阳极金属电极28，如图11所示。其中阴极金属电极27与n+氮化镓外延层22形成欧姆接触，阳极金属电极28与p-gan外延层25形成肖特基接触。

由此已经制作得到了本申请提供的新型结构的氮化镓基肖特基二极管，其结构即如图11所示，包括衬底21，衬底21上制作有n+氮化镓外延层22，n+氮化镓外延层22上制作有呈间隔结构的n-gan外延层24，n-gan外延层24上制作有p-gan外延层25，p-gan外延层25上制作有介质层26。介质层26在n+氮化镓外延层的22未被p-gan外延层25覆盖处形成有刻蚀至n+氮化镓外延层22表面的第一金属层孔，介质层26在n-gan外延层24处形成有刻蚀至p-gan外延层25表面的第二金属层孔。第一金属层孔中制作有与n+氮化镓外延层22形成欧姆接触的阴极金属电极27，第二金属层孔中制作有与p-gan外延层25形成肖特基接触的阳极金属电极28。这种结构的氮化镓基肖特基二极管可以大幅降低漏电、提升器件耐压，同时在肖特基势垒引入了p-gan外延层，可以有效提升肖特基势垒高度。

以上的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。