一种氮化镓二极管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓二极管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]二极管作为电子电力的基本构成单元，是稳压器、整流器和逆变器中不可缺少的部分。随着现代电力电子的发展，二极管在高击穿电压、低功耗和低漏电等性能上提出了更尚的要求。
[0003]半导体材料氮化镓(GaN)具有禁带宽度大、导热效率高、击穿场强大的特性，使得氮化镓器件拥有低导通电阻和高工作频率的优点，能满足现代电力电子发展对二极管的要求。
[0004]目前，基于GaN材料的二极管已经取得较大发展。现有的GaN肖特基二极管大多是通过该二极管中的金属材料与半导体材料形成的肖特基势皇来实现整流特性的。此时，电子需要越过肖特基势皇才能实现导通，所以正向开启电压较大，一般大于1.5V。若要减小正向开启电压，则需要减小肖特基势皇，但肖特基势皇减小后，当该二极管外加反向偏压时，漏电将会增大，且存在镜像力效应导致肖特基势皇高度降低，漏电增加。围绕着提高击穿电压、降低反向漏电电流、增大正向电流和减小开启电压等方面，GaN肖特基二极管还需要不断改进创新。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种氮化镓二极管及其制作方法，实现低开启电压和低反向漏电。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]第一方面，本发明公开了一种氮化镓二极管，包括:
[0008]衬底；
[0009]位于所述衬底上的第一沟道层；
[0010]位于所述第一沟道层上的第一势皇层，所述第一势皇层与所述第一沟道层的交界面处形成有第一二维电子气；
[0011]位于所述第一势皇层上的帽层结构；
[0012]位于所述帽层结构一侧第一势皇层上和/或延伸至所述第一势皇层之内的阴极，所述帽层结构和所述阴极之间设置有间隙；
[0013]位于所述帽层结构另一侧第一势皇层上和/或延伸至所述第一势皇层之内的阳极，且所述阳极覆盖至所述帽层结构的上表面。
[0014]进一步地，还包括:
[0015]位于所述帽层结构之下以及所述帽层结构和所述阴极之间的第一势皇层上的第二沟道层；
[0016]位于所述帽层结构和所述第二沟道层之间以及所述帽层结构和所述阴极之间的第二沟道层上的第二势皇层，所述第二势皇层与所述第二沟道层的交界面处形成有第二二维电子气。
[0017]进一步地，所述帽层结构的材料为铟镓氮、铝铟镓氮或者P型铟镓氮。
[0018]进一步地，所述P型铟镓氮中掺杂有镁。
[0019]进一步地，所述帽层结构的厚度为2纳米?20纳米。
[0020]进一步地，与所述阴极和所述阳极接触的所述第一势皇层的表面区域分别掺杂有杂质。
[0021]进一步地，所述阴极和所述阳极的制备过程完全相同。
[0022]进一步地，所述阳极包括第一阳极和第二阳极；
[0023]所述第一阳极位于所述帽层结构另一侧的所述第一势皇层上，且所述第一阳极与所述帽层结构接触；
[0024]所述第二阳极位于所述第一阳极和所述帽层结构上；其中，
[0025]所述第一阳极与所述第一势皇层形成欧姆接触，所述第二阳极与所述帽层结构形成肖特基接触。
[0026]第二方面，本发明公开了一种氮化镓二极管的制作方法，包括:
[0027]提供衬底；
[0028]在所述衬底上形成第一沟道层；
[0029]在所述第一沟道层上形成第一势皇层，所述第一势皇层与所述第一沟道层的交界面处形成有第一二维电子气；
[0030]在所述第一势皇层上形成帽层结构，以及
[0031]在所述帽层结构一侧第一势皇层上和/或延伸至所述第一势皇层之内形成阴极，所述帽层结构和所述阴极之间设置有间隙，以及
[0032]在所述帽层结构另一侧第一势皇层上和/或延伸至所述第一势皇层之内形成阳极，且所述阳极覆盖至所述帽层结构的上表面。
[0033]进一步地，在所述第一沟道层上形成第一势皇层，所述第一势皇层与所述第一沟道层的交界面处形成有第一二维电子气之后，所述方法还包括:
[0034]在所述第一势皇层上形成第二沟道层；
[0035]在所述第二沟道层上形成第二势皇层，所述第二势皇层与所述第二沟道层的交界面处形成有第二二维电子气，
[0036]所述形成帽层结构是在所述第二势皇层上形成的。
[0037]本发明实施例提供的氮化镓二极管及其制作方法，通过引入帽层结构，且阳极的一部分覆盖至帽层结构的上表面，使得帽层结构上方的阳极控制帽层结构下方第一沟道层与第一势皇层交界面处第一二维电子气的导通和关断，实现该氮化镓二极管的整流特性，使得该氮化镓二极管同时具有低开启电压、低导通电阻、高正向导通电流、高反向耐压和低反向漏电的特性。
【附图说明】
[0038]为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
[0039]图1是本发明实施例一提供的氮化镓二极管导电沟道关闭时的剖面图。
[0040]图2A是本发明实施例一提供的氮化镓二极管无外加偏压，且没有帽层结构时的能带图。
[0041]图2B是本发明实施例一提供的氮化镓二极管无外加偏压，且帽层结构的材料是铟镓氮时的能带图。
[0042]图2C是本发明实施例一提供的氮化镓二极管无外加偏压，且帽层结构的材料是P型铟镓氮时的能带图。
[0043]图3是本发明实施例一提供的氮化镓二极管导电沟道恢复时的剖面图。
[0044]图4是本发明实施例一提供的氮化镓二极管制作方法的流程图。
[0045]图5A是本发明实施例一提供的氮化镓二极管制作方法中步骤提供衬底至步骤在第一沟道层上形成第一势皇层，第一势皇层与第一沟道层的交界面处形成有第一二维电子气对应的剖面图。
[0046]图5B是本发明实施例一提供的氮化镓二极管制作方法中步骤在第一势皇层上形成帽层对应的剖面图。
[0047]图5C是本发明实施例一提供的氮化镓二极管制作方法中步骤刻蚀帽层，将刻蚀后的帽层两侧的第一势皇层裸露出来对应的剖面图。
[0048]图是本发明实施例一提供的氮化镓二极管制作方法中步骤在刻蚀后的帽层两侧裸露出来的第一势皇层上同时形成阴极和第一阳极对应的剖面图。
[0049]图5E是本发明实施例一提供的氮化镓二极管制作方法中步骤在第一阳极和刻蚀后的帽层上形成第二阳极，第二阳极覆盖部分刻蚀后的帽层上表面对应的剖面图。
[0050]图6是本发明实施例二提供的氮化镓二极管导电沟道关闭时的剖面图。
[0051]图7