復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管的制作方法

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，特別是復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管，可用于電力電子系統。

技術背景

功率半導體器件是電力電子技術的核心元件，隨著能源和環境問題的日益突出，研發新型高性能、低損耗功率器件就成為提高電能利用率、節約能源、緩解能源危機的有效途徑之一。而在功率器件研究中，高速、高壓與低導通電阻之間存在著嚴重的制約關系，合理、有效地改進這種制約關系是提高器件整體性能的關鍵。隨著微電子技術的發展，傳統第一代si半導體和第二代gaas半導體功率器件性能已接近其材料本身決定的理論極限。為了能進一步減少芯片面積、提高工作頻率、提高工作溫度、降低導通電阻、提高擊穿電壓、降低整機體積、提高整機效率，以gan為代表的寬禁帶半導體材料，憑借其更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場和更高的電子飽和漂移速度，且化學性能穩定、耐高溫、抗輻射等突出優點，在制備高性能功率器件方面脫穎而出，應用潛力巨大。特別是采用gan基異質結結構的橫向高電子遷移率晶體管，即橫向gan基高電子遷移率晶體管hemt器件，更是因其低導通電阻、高擊穿電壓、高工作頻率等特性，成為了國內外研究和應用的熱點、焦點。

然而，在橫向gan基hemt器件中，為了獲得更高的擊穿電壓，需要增加柵漏間距，這會增大器件尺寸和導通電阻，減小單位芯片面積上的有效電流密度和芯片性能，從而導致芯片面積和研制成本的增加。此外，在橫向gan基hemt器件中，由高電場和表面態所引起的電流崩塌問題較為嚴重，盡管當前已有眾多抑制措施，但電流崩塌問題依然沒有得到徹底解決。為了解決上述問題，研究者們提出了垂直型gan基電流孔徑異質結場效應器件，也是一種電流孔徑異質結場效應晶體管，參見algan/gancurrentapertureverticalelectrontransistors,ieeedeviceresearchconference,pp.31-32,2002。gan基電流孔徑異質結場效應器件可通過增加漂移層厚度提高擊穿電壓，避免了犧牲器件尺寸和導通電阻的問題，因此可以實現高功率密度芯片。而且在gan基電流孔徑異質結場效應器件中，高電場區域位于半導體材料體內，這可以徹底地消除電流崩塌問題。2004年，ilanben-yaacov等人利用刻蝕后mocvd再生長溝道技術研制出algan/gan電流孔徑異質結場效應器件，該器件未采用鈍化層，最大輸出電流為750ma/mm，跨導為120ms/mm，兩端柵擊穿電壓為65v，且電流崩塌效應得到顯著抑制，參見algan/gancurrentapertureverticalelectrontransistorswithregrownchannels,journalofappliedphysics,vol.95,no.4,pp.2073-2078,2004。2012年，srabantichowdhury等人利用mg離子注入電流阻擋層結合等離子輔助mbe再生長algan/gan異質結的技術，研制出基于gan襯底的電流孔徑異質結場效應器件，該器件采用3μm漂移層，最大輸出電流為4ka·cm^-2，導通電阻為2.2mω·cm²，擊穿電壓為250v，且抑制電流崩塌效果好，參見cavetonbulkgansubstratesachievedwithmbe-regrownalgan/ganlayerstosuppressdispersion,ieeeelectrondeviceletters,vol.33,no.1,pp.41-43,2012。同年，由masahirosugimoto等人提出的一種增強型gan基電流孔徑異質結場效應器件獲得授權，參見transistor,us8188514b2,2012。此外，2014年，huinie等人基于gan襯底研制出一種增強型gan基電流孔徑異質結場效應器件，該器件閾值電壓為0.5v，飽和電流大于2.3a，擊穿電壓為1.5kv，導通電阻為2.2mω·cm²，參見1.5-kvand2.2-mω-cm²verticalgantransistorsonbulk-gansubstrates,ieeeelectrondeviceletters,vol.35,no.9,pp.939-941,2014。

傳統gan基電流孔徑異質結場效應器件是基于gan基寬禁帶半導體異質結結構，其包括：gan襯底1、gan漂移層2、孔徑層3、左、右兩個對稱的電流阻擋層4、孔徑5、溝道層6和勢壘層7；溝道層6和勢壘層7的兩側刻蝕有源槽10，兩側源槽10中淀積有兩個源極11，源極11之間的勢壘層上外延有帽層8，帽層8兩側刻有兩個臺階9，帽層8上面淀積有柵極12，gan襯底1下面淀積有漏極13，除漏極13底部以外的所有區域完全包裹有鈍化層14，如圖1所示。

經過十多年的理論和實驗研究，研究者們發現，上述傳統gan基電流孔徑異質結場效應器件結構上存在固有缺陷，會導致器件中電場強度分布極不均勻，尤其是在電流阻擋層與孔徑區域交界面下方附近的半導體材料中存在極高的電場峰值，從而引起器件過早擊穿。這使得實際工藝中很難實現通過增加n型gan漂移層的厚度來持續提高器件的擊穿電壓。因此，傳統結構gan基電流孔徑異質結場效應器件的擊穿電壓普遍不高。為了獲得更高的器件擊穿電壓，并可以通過增加n型gan漂移層的厚度來持續提高器件的擊穿電壓，2013年，zhongdali等人利用數值仿真技術研究了一種基于超結的增強型gan基電流孔徑異質結場效應器件，研究結果表明超結結構可以有效調制器件內部的電場分布，使處于關態時器件內部各處電場強度趨于均勻分布，因此器件擊穿電壓可達5～20kv，且采用3μm半柱寬時擊穿電壓為12.4kv，而導通電阻僅為4.2mω·cm²，參見designandsimulationof5-20-kvganenhancement-modeverticalsuperjunctionhemt,ieeetransactionsonelectrondecices,vol.60,no.10,pp.3230-3237,2013。采用超結的gan基電流孔徑異質結場效應器件從理論上可以獲得高擊穿電壓，且可實現擊穿電壓隨n型gan漂移層厚度的增加而持續提高，是目前國內外已報道文獻中擊穿電壓最高的一種非常有效的大功率器件結構。然而，超結結構的制造工藝難度非常大，尤其是厚n型gan漂移層情況下，幾乎無法實現高性能超結結構的制作。此外，在采用超結結構的gan基電流孔徑異質結場效應器件中，當器件導通時超結附近會產生額外的導通電阻，且該導通電阻會隨著漂移層厚度的增加而不斷增加，因此雖然器件的擊穿電壓隨著漂移層厚度的增加而提高，但是器件的導通電阻也會相應的增加，器件中擊穿電壓與導通電阻之間的矛盾并沒有徹底解決。因此，探索和研發制造工藝簡單、擊穿電壓高、導通電阻小的新型gan基電流孔徑異質結場效應器件，非常必要、迫切，具有重要的現實意義。

場板結構已成為橫向gan基hemt器件中用于提高器件擊穿電壓和可靠性的一種成熟、有效的場終端技術，且該技術可以實現器件擊穿電壓隨場板的長度和結構變化而持續增加。近年來，通過利用場板結構已使橫向gan基hemt器件的性能取得了突飛猛進的提升，參見highbreakdownvoltagealgan–ganpower-hemtdesignandhighcurrentdensityswitchingbehavior,ieeetransactionsonelectrondevices,vol.50,no.12,pp.2528-2531,2003,和highbreakdownvoltagealgan–ganhemtsachievedbymultiplefieldplates,ieeeelectrondeviceletters,vol.25,no.4,pp.161-163,2004，以及highbreakdownvoltageachievedonalgan/ganhemtswithintegratedslantfieldplates,ieeeelectrondeviceletters,vol.27,no.9,pp.713-715,2006。因此，將場板結構引入gan基電流孔徑異質結場效應器件中，以提高器件的擊穿電壓，具有非常重要的優勢。然而，截至目前國內外仍然沒有將場板結構成功應用于gan基電流孔徑異質結場效應器件中的先例，這主要是由于gan基電流孔徑異質結場效應器件結構上的固有缺陷，會導致器件漂移層中最強電場峰位于電流阻擋層與孔徑層交界面下方附近，該電場峰遠離漂移層兩側表面，因此場板結構幾乎無法發揮有效調制器件中電場分布的作用，即使在gan基電流孔徑異質結場效應器件中采用了場板結構，器件性能也幾乎沒有任何提高。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管，以減小器件的制作難度，提高器件的擊穿電壓，并實現擊穿電壓的可持續增加，緩解器件擊穿電壓與導通電阻之間的矛盾，改善器件的擊穿特性和可靠性。

為實現上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一、器件結構

一種復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管，包括:gan襯底1、gan漂移層2、孔徑層3、兩個對稱的電流阻擋層4、溝道層6和勢壘層7，溝道層6和勢壘層7的兩側刻蝕有源槽10，兩側源槽10中淀積有兩個源極11，源極11之間的勢壘層上外延有帽層8，帽層兩側刻有兩個臺階9，帽層上面淀積有柵極12，gan襯底下面淀積有漏極13，除漏極底部以外的所有區域完全包裹有鈍化層14，兩側的鈍化層內制作有復合源場板15，兩個對稱的電流阻擋層4之間形成孔徑5，其特征在于：

所述兩個電流阻擋層4，采用由第一阻擋層41和第二阻擋層42構成的二級階梯結構，且第一阻擋層41位于第二阻擋層42的外側；

所述鈍化層14，是由若干層絕緣介質材料自下而上堆疊而成；

所述復合源場板15，是由m個浮空場板和一個源場板構成，m個浮空場板自下而上依次為第一場板至第m場板，所有浮空場板相互獨立，源場板與源極11電氣連接，m根據器件實際使用要求確定，其值為大于等于1的整數；

二、制作方法

本發明制作復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管的方法，包括如下過程：

a.在gan襯底1上外延n^-型gan半導體材料，形成摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3的gan漂移層2；

b.在gan漂移層2上外延n型gan半導體材料，形成厚度h為0.5～3μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3的孔徑層3；

c.在孔徑層3上第一次制作掩模，利用該掩模在孔徑層內的兩側位置注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型雜質，制作厚度a與孔徑層厚度h相同，寬度c為0.2～1μm的兩個第一阻擋層41；

d.在孔徑層3和左右第一阻擋層41上第二次制作掩模，利用該掩模在左右第一阻擋層41之間的孔徑層內的兩側注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型雜質，制作厚度b為0.3～1μm，寬度d為1.4～3.4μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層41與兩個第二阻擋層42構成兩個對稱的二級階梯結構的電流阻擋層4，左右電流阻擋層4之間形成孔徑5；

e.在兩個第一阻擋層41、兩個第二阻擋層42和孔徑5上部外延gan半導體材料，形成厚度為0.04～0.2μm的溝道層6；

f.在溝道層6上部外延gan基寬禁帶半導體材料，形成厚度為5～50nm的勢壘層7；

g.在勢壘層7的上部外延p型gan半導體材料，形成厚度為0.02～0.25μm帽層8；

h.在帽層8上第三次制作掩模，利用該掩模在帽層左右兩側進行刻蝕，且刻蝕區深度等于帽層的厚度，形成臺階9，兩個臺階9之間的帽層8與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度大于0μm；

i.在帽層8上部和未被帽層覆蓋的勢壘層7上部第四次制作掩模，利用該掩模在勢壘層7左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕至兩個電流阻擋層4的上表面為止，形成左、右兩個源槽10；

j.在兩個源槽10上部、帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第五次制作掩模，利用該掩模在兩個源槽10中淀積金屬，且所淀積金屬的厚度大于源槽的深度，以制作源極11；

k.在源極11上部、帽層8上部和未被帽層覆蓋的勢壘層7上部第六次制作掩模，利用該掩模在帽層上部淀積金屬，以制作柵極12；

l.在gan襯底1的背面上淀積金屬，以制作漏極13；

m.淀積一層絕緣介質材料，以包裹除了漏極13底部以外的所有區域，其中，在gan襯底1和gan漂移層2的左、右兩側所淀積的絕緣介質材料上邊界距離gan襯底1的上邊界的垂直距離w為5～10μm；

n.在步驟m中淀積的絕緣介質材料上制作掩模，利用該掩模在左、右兩側的絕緣介質上淀積金屬，以制作第一場板，第一場板距離gan漂移層2的水平距離為t；

o.在左、右兩側制作分別制作第二場板、第三場板至第m場板：

o1)在第一場板和步驟m中淀積的絕緣介質材料上再淀積一層絕緣介質材料；

o2)在步驟o1)淀積的絕緣介質材料上制作掩模，利用該掩模在左、右兩側的絕緣介質上淀積金屬，以制作第二場板，第二場板與第一場板間距為s1，第二場板距離gan漂移層2的水平距離為t；

o3)在第二場板和步驟o1)淀積的絕緣介質材料上再淀積一層絕緣介質材料；

o4)在步驟o3)中淀積的絕緣介質材料上制作掩模，利用該掩模在左、右兩側的絕緣介質上淀積金屬，以制作第三場板，第三場板與第二場板間距為s2，第三場板距離gan漂移層2的水平距離為t；

依次類推，直至形成第m場板，m根據器件實際使用要求確定，其值為大于等于1的整數，自下而上的第一場板至第m場板均相互獨立；

p.制作源場板：

p1)在第m場板和左、右兩側的絕緣介質材料上再次淀積一層絕緣介質材料；

p2)在步驟p1)淀積的左、右兩側的絕緣介質材料上制作掩模，并利用該掩模在左、右兩側的絕緣介質上淀積金屬，以制作源場板，源場板與第m場板的間距為sm，源場板距離gan漂移層2的水平距離為t，每個源場板與gan漂移層2在垂直方向上的交疊長度等于l，源場板的上邊緣所在高度大于第一阻擋層41下邊緣所在高度；

p3)將源場板與源極電氣連接，源場板與第一場板至第m場板共同形成復合源場板15；

q.淀積絕緣介質材料以覆蓋器件上部，由所有淀積的絕緣介質材料形成鈍化層14，完成整個器件的制作。

本發明器件與傳統gan基電流孔徑異質結場效應器件比較，具有以下優點：

a.實現擊穿電壓持續增加。

本發明采用二級階梯形式的電流阻擋層，使器件內部的第一阻擋層、第二阻擋層與孔徑層交界面下方附近均會產生一個電場峰，且第一阻擋層對應的電場峰值大于第二阻擋層對應的電場峰值；由于第一阻擋層的電場峰非常接近gan漂移層兩側表面，便可以利用復合源場板有效減弱gan漂移層兩側表面附近第一阻擋層對應的電場峰，并可以在浮空場板和源場板處gan漂移層兩側表面附近形成新的電場峰，且該電場峰數目與浮空場板和源場板的數目相等；

通過調整復合源場板與gan漂移層之間鈍化層的厚度、電流阻擋層的尺寸和摻雜、各浮空場板之間的間距等，可以使得電流阻擋層與孔徑層交界面下方附近的電場峰值與復合源場板對應的gan漂移層內各電場峰值相等，且小于gan基寬禁帶半導體材料的擊穿電場，從而提高了器件的擊穿電壓，且通過增加浮空場板的數目可實現擊穿電壓的持續增加。

b.在提高器件擊穿電壓的同時，器件導通電阻幾乎恒定。

本發明通過在器件兩側采用復合源場板的方法來提高器件擊穿電壓，由于場板不會影響器件導通電阻，當器件導通時，在器件內部gan漂移層只存在由電流阻擋層所產生的耗盡區，即高阻區，并未引入其它耗盡區，因此，隨著浮空場板數目增加，器件的擊穿電壓持續增加，而導通電阻幾乎保持恒定。

c.工藝簡單，易于實現，提高了成品率。

本發明器件結構中，復合源場板的制作是通過在gan漂移層兩側多次淀積金屬而實現的，其工藝簡單，且不會對器件中半導體材料產生損傷，避免了采用超結的gan基電流孔徑異質結場效應器件結構所帶來的工藝復雜化問題，大大提高了器件的成品率。

以下結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術內容和效果。

附圖說明

圖1是傳統gan基電流孔徑異質結場效應器件的結構圖；

圖2是本發明復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管的結構圖；

圖3是本發明制作復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管的流程圖；

圖4是對傳統器件和本發明器件仿真所得的二維電場分布圖。

具體實施方式

參照圖2，本發明復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管是基于gan基寬禁帶半導體異質結結構，其包括：gan襯底1、gan漂移層2、孔徑層3、孔徑層3內有左右兩個對稱的電流阻擋層4、溝道層6和勢壘層7，溝道層6和勢壘層7的兩側刻蝕有源槽10，該兩側源槽10中淀積有兩個源極11，源極11之間的勢壘層上外延有帽層8，帽層8兩側刻有兩個臺階9，帽層8上面淀積有柵極12，gan襯底1下面淀積有漏極13，除漏極13底部以外的所有區域完全包裹有鈍化層14，兩側的鈍化層內制作有復合源場板15，兩個對稱的電流阻擋層4之間形成孔徑5，其中：

所述gan漂移層2，位于gan襯底1上部，其摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；

所述孔徑層3，位于gan漂移層2上部，其厚度h為0.5～3μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；在孔徑層3內的兩側位置注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型雜質，形成第一阻擋層41；在左、右第一阻擋層41之間的孔徑層內的兩側位置注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型雜質，形成第二阻擋層42；

所述電流阻擋層4，是由第一阻擋層41和第二阻擋層42構成的二級階梯結構，第一阻擋層41位于第二阻擋層42外側，各阻擋層均采用p型摻雜；該第一阻擋層41的厚度a為0.5～3μm，寬度c為0.2～1μm，該第二阻擋層42的厚度b為0.3～1μm，寬度d為1.4～3.4μm，且a>b，d<3.5a；

所述溝道層6，位于兩個電流阻擋層4和孔徑5上部，其厚度為0.04～0.2μm；

所述勢壘層7，位于溝道層6上部，其由若干層相同或不同的gan基寬禁帶半導體材料組成，厚度為5～50nm；

所述源槽10，其深度等于溝道層6與勢壘層7的總厚度；

所述源極11，其厚度大于源槽10的深度；

所述帽層8，其與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度大于0μm；

所述鈍化層14，由若干層絕緣介質材料自下而上堆疊而成，絕緣介質材料可采用sio2、sin、al2o3、sc2o3、hfo2、tio2中的任意一種或其它絕緣介質材料；

所述復合源場板15，是由m個浮空場板和一個源場板構成的，左右兩側的復合源場板完全對稱，m個浮空場板自下而上依次為第一場板至第m場板，所有浮空場板相互獨立，源場板與源極11電氣連接，m根據器件實際使用要求確定，其值為大于等于1的整數；m個浮空場板的厚度l相同，為0.5～3μm，寬度r相同，源場板的寬度也為r，r為0.5～5μm；同一側的源場板及各浮空場板，均相互平行，相鄰兩個場板之間的間距si不同，且自下而上依次減小，第m場板與源場板的垂直間距sm的范圍為0.1～1μm，i為整數且m≥i≥1；源場板與電流阻擋層4在垂直方向上的交疊長度大于0μm，與gan漂移層2在垂直方向上的交疊長度為f，f大于0μm；同一側的源場板及各浮空場板均相互平行，且距離gan漂移層2的水平距離均為t，t近似滿足d<3.5a，其中，a為第一阻擋層41的厚度，d為第二阻擋層42的寬度；第一場板下邊界與gan襯底1上邊界的垂直距離w為5～10μm。

參照圖3，本發明制作復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管的過程，給出如下三種實施例：

實施例一：制作鈍化層為sin，且浮空場板數目為2的復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管。

步驟1.在gan襯底1上外延n^-型gan，形成gan漂移層2，如圖3a。

采用n⁺型gan做gan襯底1，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在gan襯底1上外延摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3的n^-型gan半導體材料，形成gan漂移層2，其中：

外延采用的工藝條件為：溫度為950℃，壓強為40torr，以sih4為摻雜源，氫氣流量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為100μmol/min。

步驟2.在gan漂移層2上外延n型gan，形成孔徑層3，如圖3b。

使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在gan漂移層2上外延厚度為0.5μm、摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3的n型gan半導體材料，形成孔徑層3，其中：

外延采用的工藝條件為：溫度為950℃，壓強為40torr，以sih4為摻雜源，氫氣流量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為100μmol/min。

步驟3.制作第一阻擋層41，如圖3c。

3a)在孔徑層3上第一次制作掩模；

3b)使用離子注入技術，在孔徑層內的兩側位置注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，制作厚度a為0.5μm，寬度c為0.2μm的兩個第一阻擋層41。

步驟4.制作第二阻擋層42，如圖3d。

4a)在孔徑層3和兩個第一阻擋層41上第二次制作掩模；

4b)使用離子注入技術，在左、右第一阻擋層41之間的孔徑層3內兩側注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，制作厚度b為0.3μm，寬度d為1.4μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層和兩個第二阻擋層構成兩個對稱的二級階梯結構的電流阻擋層4，左、右兩個電流阻擋層4之間形成孔徑5。

步驟5.外延gan材料制作溝道層6，如圖3e。

使用分子束外延技術，在兩個第一阻擋層41、兩個第二阻擋層42和孔徑5的上部外延厚度為0.04μm的gan材料，形成溝道層6。

所述分子束外延技術，其工藝條件為：真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源。

步驟6.外延al0.5ga0.5n，制作勢壘層7，如圖3f。

使用分子束外延技術在溝道層6上外延厚度為5nm的al0.5ga0.5n材料，形成勢壘層7，其中：

分子束外延的工藝條件為：真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源、高純al源。

步驟7.在勢壘層7上部外延帽層8，如圖3g。

使用分子束外延技術，在勢壘層7上部外延厚度為0.02μm的p型gan材料，以制作帽層8。

所述分子束外延技術，其工藝條件為：真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源、高純mg源。

步驟8.在帽層8左、右兩側刻蝕制作臺階9，如圖3h。

在帽層8上第三次制作掩模，使用反應離子刻蝕技術，在帽層左、右兩側刻蝕深度為帽層厚度的刻蝕區，形成臺階9，帽層8與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度均為0.4μm。

反應離子刻蝕的工藝條件為：cl2流量為15sccm，壓強為10mtorr，功率為100w。

步驟9.在勢壘層7和溝道層6左右兩側刻蝕制作源槽10，如圖3i。

先在帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第四次制作掩模；

再使用反應離子刻蝕技術，在勢壘層7的左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕深度等于溝道層6與勢壘層7的總厚度，形成左、右兩個源槽10；

反應離子刻蝕的工藝條件為：cl2流量為15sccm，壓強為10mtorr，功率為100w。

步驟10.制作源極11，如圖3j。

10a)在兩個源槽10上部、帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第五次制作掩模；

10b)使用電子束蒸發技術，在兩個源槽10上部淀積ti/au/ni組合金屬，形成源極11，其中：所淀積的金屬，自下而上，ti的厚度為0.02μm、au的厚度為0.3μm、ni的厚度為0.05μm。

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟11.制作柵極12，如圖3k。

11a)在源極11上部、未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及帽層8上部第六次制作掩模；

11b)使用電子束蒸發技術，在帽層8上淀積ni/au/ni組合金屬，形成柵極12，其中：所淀積的金屬自下而上，ni的厚度為0.02μm、au的厚度為0.2μm、ni的厚度為0.04μm。

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟12.制作漏極13，如圖3l。

使用電子束蒸發技術，在整個gan襯底1的背面上依次淀積金屬ti、au、ni，形成漏極13，其中：所淀積的金屬，ti的厚度為0.02μm，au的厚度為0.7μm，ni的厚度為0.05μm。

淀積金屬所采用的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟13.淀積sin絕緣介質材料，如圖3m。

使用等離子體增強化學氣相淀積技術，淀積sin絕緣介質材料，以包裹除了漏極11底部以外的所有區域，其中，左、右兩側的sin絕緣介質材料上邊界距離gan襯底1上邊界的垂直距離w為5μm；

淀積sin絕緣介質材料的工藝條件是：氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr；

步驟14.制作第一場板，如圖3n。

14a)在步驟13中淀積的sin絕緣介質材料上制作一次掩模；

14b)使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬ni，以制作厚度l為3μm，寬度r為0.5μm的第一場板，且第一場板距離gan漂移層2的水平距離t為0.49μm，第一場板下邊界距離gan襯底1上邊界的垂直距離為5μm；

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟15.淀積sin絕緣介質材料和金屬，以制作第二場板，如圖3o。

15a)使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在第一場板和步驟13中淀積的絕緣介質材料上再淀積一層sin絕緣介質材料；

15b)在步驟15a)淀積的sin絕緣介質材料上制作一次掩模；

15c)使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬ni，以制作厚度l為3μm，寬度r為0.5μm的第二場板，且第二場板與第一場板間距s1為0.107μm，第二場板距離漂移層2的水平距離t為0.49μm，自下而上的第一場板至第二場板均相互獨立；

淀積sin絕緣介質材料的工藝條件是：氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr；

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟16.淀積sin絕緣介質材料和金屬，以制作源場板，如圖3p。

16a)使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在第二場板和步驟15a)中淀積的絕緣介質材料上再淀積一層sin絕緣介質材料；

16b)在步驟16a)中淀積的sin絕緣介質材料上制作一次掩模；

16c)使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬ni，以制作寬度r為0.5μm的源場板，該源場板與第二場板間距s2為0.1μm，與gan漂移層2的水平距離t為0.49μm，與電流阻擋層4在垂直方向上的交疊長度為0.2μm，與gan漂移層2在垂直方向上的交疊長度f為3μm；

16d)將源場板與源極電氣連接，第一場板、第二場板和源場板形成復合源場板15。

淀積sin絕緣介質材料的工藝條件是：氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr；

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟17.淀積sin絕緣介質材料，以制作鈍化層14，如圖3q。

使用等離子體增強化學氣相淀積技術，淀積sin絕緣介質材料以覆蓋器件上部，所有淀積的sin絕緣介質材料共同形成鈍化層14，完成整個器件的制作；

淀積sin絕緣介質材料的工藝條件是：氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr。

實施例二：制作鈍化層為sio2，且浮空場板數目為2的復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管。

第一步.在gan襯底1上外延n^-型gan，形成gan漂移層2，如圖3a

在溫度為950℃，壓強為40torr，以sih4為摻雜源，氫氣流量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為100μmol/min的工藝條件下，采用n⁺型gan材料作為gan襯底1，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在gan襯底1上外延摻雜濃度為5.5×10¹⁶cm^-3的n^-型gan材料，完成gan漂移層2的制作。

第二步.在gan漂移層2上外延n型gan，形成孔徑層3，如圖3b。

在溫度為1000℃，壓強為45torr，以sih4為摻雜源，氫氣流量為4400sccm，氨氣流量為4400sccm，鎵源流量為110μmol/min的工藝條件下，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在gan漂移層2上外延厚度為1.5μm、摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3的n型gan材料，完成孔徑層3的制作。

第三步.制作第一阻擋層41，如圖3c。

3.1)在孔徑層3上第一次制作掩模；

3.2)使用離子注入技術，在孔徑層內的兩側位置注入劑量為6×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，制作厚度a為1.5μm，寬度c為0.4μm的兩個第一阻擋層41。

第四步.制作第二阻擋層42，完成電流阻擋層4和孔徑5的制作，如圖3d。

4.1)在孔徑層3和兩個第一阻擋層41上第二次制作掩模；

4.2)使用離子注入技術，在左、右第一阻擋層41之間的孔徑層3內兩側注入劑量為6.5×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，形成厚度b為0.49μm，寬度d為2μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層和兩個第二阻擋層構成兩個對稱的二級階梯結構的電流阻擋層4，左、右兩個電流阻擋層4之間形成孔徑5。

第五步.外延gan材料制作溝道層6，如圖3e。

在真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源的工藝條件下，使用分子束外延技術，在兩個第一阻擋層41、兩個第二阻擋層42和孔徑5的上部外延厚度為0.12μm的gan材料，形成溝道層6。

第六步.外延al0.25ga0.75n，制作勢壘層7，如圖3f。

在真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源、高純al源的工藝條件下，使用分子束外延技術，使用分子束外延技術在溝道層6上外延厚度為20nm的al0.25ga0.75n材料，完成勢壘層7的制作。

第七步.在勢壘層7上部外延帽層8，如圖3g。

在真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源、高純mg源的工藝條件下，使用分子束外延技術，在勢壘層7上部外延厚度為0.12μm的p型gan材料，完成帽層8的制作。

第八步.在帽層8左、右兩側刻蝕制作臺階9，如圖3h。

8.1)在帽層8上第三次制作掩模；

8.2)在cl2流量為15sccm，壓強為10mtorr，功率為100w的工藝條件下，使用反應離子刻蝕技術，在帽層左、右兩側刻蝕深度為0.12μm的刻蝕區，形成臺階9，兩個臺階9之間的帽層8與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度均為0.48μm。

第九步.在勢壘層7和溝道層6左右兩側刻蝕制作源槽10，如圖3i。

9.1)在帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第四次制作掩模；

9.2)在cl2流量為15sccm，壓強為10mtorr，功率為100w的工藝條件下，使用反應離子刻蝕技術，在勢壘層7的左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕深度等于0.14μm，形成左、右兩個源槽10。

第十步.制作源極11，如圖3j。

10.1)先在兩個源槽10上部、帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第五次制作掩模；

10.2)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發技術，在兩個源槽10上部淀積ti/au/ni組合金屬，形成源極11，其中：所淀積的金屬，自下而上，ti的厚度為0.02μm、au的厚度為0.3μm、ni的厚度為0.05μm。

第十一步.制作柵極12，如圖3k。

11.1)在源極11上部、帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第六次制作掩模；

11.2)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發技術，在帽層8上淀積ni/au/ni組合金屬，形成柵極12，其中：所淀積的金屬自下而上，ni的厚度為0.02μm、au的厚度為0.2μm、ni的厚度為0.04μm。

第十二步.制作漏極13，如圖3l。

在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發技術，在整個gan襯底1的背面上依次淀積金屬ti、au、ni，形成漏極13，其中：所淀積的金屬，ti的厚度為0.02μm，au的厚度為0.7μm，ni的厚度為0.05μm。

第十三步.淀積sio2絕緣介質材料，如圖3m。

在n2o流量為850sccm，sih4流量為200sccm，溫度為250℃，射頻功率為25w，壓力為1100mtorr的工藝條件下，使用等離子體增強化學氣相淀積技術，淀積sio2絕緣介質材料，以包裹除了漏極13底部以外的所有區域，其中，左、右兩側的sio2絕緣介質材料上邊界距離gan襯底1上邊界的垂直距離w為6μm。

第十四步.制作第一場板，如圖3n。

14.1)在第十三步中淀積的sio2絕緣介質材料上制作一次掩模；

14.2)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬pt，以制作厚度l為1μm，寬度r為2μm的第一場板，且第一場板距離漂移層2的水平距離t為0.19μm。

第十五步.淀積sio2絕緣介質材料和金屬，以制作第二場板，如圖3o。

15.1)在n2o流量為850sccm，sih4流量為200sccm，溫度為250℃，射頻功率為25w，壓力為1100mtorr的工藝條件下，使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在第一場板和第十三步中淀積的sio2絕緣介質材料上再淀積一層sio2絕緣介質材料；

15.2)在步驟15.1)淀積的sio2絕緣介質材料上制作一次掩模；

15.3)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sio2絕緣介質上淀積金屬pt，以制作厚度l為1μm，寬度r為2μm的第二場板，且第二場板與第一場板間距s1為0.17μm，第二場板距離漂移層2的水平距離t為0.19μm，自下而上的第一場板至第二場板均相互獨立；

第十六步.淀積sio2絕緣介質材料和金屬，以制作源場板，如圖3p。

16.1)在n2o流量為850sccm，sih4流量為200sccm，溫度為250℃，射頻功率為25w，壓力為1100mtorr的工藝條件下，使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在第二場板和步驟15.1)中淀積的絕緣介質材料上再淀積一層sio2絕緣介質材料；

16.2)在步驟16.1)淀積的sio2絕緣介質材料上制作一次掩模；

16.3)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sio2絕緣介質上淀積金屬pt，以制作寬度r為2μm的源場板，該源場板與第二場板間距s2為0.15μm，與gan漂移層2的水平距離t為0.19μm，與電流阻擋層4在垂直方向上的交疊長度為0.3μm，與gan漂移層2在垂直方向上的交疊長度f為1μm；

16.4)將源場板與源極電氣連接，第一場板、第二場板和源場板形成復合源場板15。

步驟十七.覆蓋sio2絕緣介質材料，以制作鈍化層14，如圖3q。

在n2o流量為850sccm，sih4流量為200sccm，溫度為250℃，射頻功率為25w，壓力為1100mtorr的工藝條件下，使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在除漏極13底部以外的整個器件淀積一層sio2絕緣介質材料，由所有淀積的sio2形成鈍化層14，完成整個器件的制作。

實施例三：制作鈍化層為sin，且浮空場板數目為3的復合源場板電流孔徑異質結場效應晶體管。

步驟a.采用溫度為950℃，壓強為40torr，以sih4為摻雜源，氫氣流量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為100μmol/min的工藝條件，采用n⁺型gan材料作為gan襯底1，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在gan襯底上外延摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的n^-型gan材料，制作gan漂移層2，如圖3a。

步驟b.采用溫度為950℃，壓強為40torr，以sih4為摻雜源，氫氣流量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為100μmol/min的工藝條件，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在gan漂移層2上外延厚度為3μm、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的n型gan材料，制作孔徑層3，如圖3b。

步驟c.在孔徑層3上第一次制作掩模，再使用離子注入技術，在孔徑層內的兩側位置注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的p型雜質mg，制作厚度a為3μm，寬度c為1μm的兩個第一阻擋層41，如圖3c。

步驟d.在孔徑層3和兩個第一阻擋層41上第二次制作掩模，再使用離子注入技術，在左、右第一阻擋層41之間的孔徑層3內兩側位置注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的p型雜質mg，制作厚度b為1μm，寬度d為3.4μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層41與兩個第二阻擋層42構成兩個對稱的二級階梯結構的電流阻擋層4，左右電流阻擋層4之間形成孔徑5，如圖3d。

步驟e.采用真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源，使用分子束外延技術，在兩個第一阻擋層41、兩個第二阻擋層42和孔徑5的上部外延厚度為0.2μm的gan材料，形成溝道層6，如圖3e。

步驟f.采用真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源、高純al源的工藝條件，使用分子束外延技術在溝道層6上外延厚度為50nm的al0.1ga0.9n材料，形成勢壘層7，如圖3f。

步驟g.采用真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射頻功率為400w，反應劑采用n2、高純ga源、高純mg源的工藝條件，使用分子束外延技術，在勢壘層7上部外延厚度為0.25μm的p型gan材料，以制作帽層8，如圖3g。

步驟h.先在帽層8上部第三次制作掩模，再采用cl2流量為15sccm，壓強為10mtorr，功率為100w的工藝條件，使用反應離子刻蝕技術，在帽層左、右兩側刻蝕深度為0.25μm的刻蝕區，形成臺階9，兩個臺階9之間的帽層8與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度均為0.6μm，如圖3h。

步驟i.先在帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第四次制作掩模，再采用cl2流量為15sccm，壓強為10mtorr，功率為100w的工藝條件，使用反應離子刻蝕技術，在勢壘層7的左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕深度為0.25μm，形成左、右兩個源槽10，如圖3i。

步驟j.先在兩個源槽10上部、帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第五次制作掩模，再在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發技術，在兩個源槽10上部淀積ti/au/ni組合金屬，形成源極11，其中：所淀積的金屬，自下而上，ti的厚度為0.02μm、au的厚度為0.3μm、ni的厚度為0.05μm，如圖3j。

步驟k.在源極11上部、帽層8上部和未被帽層8覆蓋的勢壘層7上部第六次制作掩模，再采用真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件，使用電子束蒸發技術，在帽層8上淀積ni/au/ni組合金屬，形成柵極12，其中：所淀積的金屬自下而上，ni的厚度為0.02μm、au的厚度為0.2μm、ni的厚度為0.04μm，如圖3k。

步驟l.采用真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件，使用電子束蒸發技術，在整個gan襯底1的背面上依次淀積金屬ti、au、ni，形成漏極13，其中：所淀積的金屬，ti的厚度為0.02μm，au的厚度為0.7μm，ni的厚度為0.05μm，如圖3l。

步驟m.淀積sin絕緣介質材料，如圖3m。

采用氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr，使用等離子體增強化學氣相淀積技術，淀積sin絕緣介質材料，以包裹除了漏極13底部以外的所有區域，其中，左、右兩側的sin絕緣介質材料上邊界距離gan襯底1上邊界的垂直距離w為10μm。

步驟n.制作第一場板，如圖3n。

n1)在步驟m中淀積的sin絕緣介質材料上制作一次掩模；

n2)使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬，以制作高度l為0.5μm，寬度r為5μm的第一場板，且第一場板距離gan漂移層2的水平距離t為0.18μm。

淀積sin絕緣介質材料的工藝條件是：氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr；

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟o.淀積sin絕緣介質材料和金屬，以制作第二場板和第三場板，如圖3o。

o1)使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在第一場板和步驟m中淀積的絕緣介質材料上再淀積一層sin絕緣介質材料；

o2)在步驟o1)淀積的sin絕緣介質材料上制作一次掩模；

o3)使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬，以制作厚度l為0.5μm，寬度r為5μm的第二場板，且第二場板與第一場板間距s1為1.2μm，第二場板距離gan漂移層2的水平距離t為0.18μm；

o4)使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在第二場板和步驟o1)中淀積的絕緣介質材料上再淀積一層sin絕緣介質材料；

o5)在步驟o4)淀積的sin絕緣介質材料上制作一次掩模；

o6)使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬，以制作厚度l為0.5μm，寬度r為5μm的第三場板，且第三場板與第二場板間距s2為1.15μm，第三場板距離gan漂移層2的水平距離t為0.18μm，自下而上的第一場板至第三場板均相互獨立；

淀積sin絕緣介質材料的工藝條件是：氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr；

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟p.淀積sin絕緣介質材料和金屬，以制作源場板，如圖3p。

p1)使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在第三場板和步驟o4)中淀積的絕緣介質材料上再淀積一層sin絕緣介質材料；

p2)在步驟p1)淀積的sin絕緣介質材料上制作一次掩模；

p3)使用電子束蒸發技術，在左、右兩側的sin絕緣介質上淀積金屬，以制作寬度r為5μm的源場板，該源場板與第三場板間距s3為1μm，與gan漂移層2的水平距離t為0.18μm，與電流阻擋層4在垂直方向上的交疊長度為0.4μm，與gan漂移層2在垂直方向上的交疊長度f為0.5μm；

p4)將源場板與源極電氣連接，第一場板、第二場板、第三場板和源場板形成復合源場板15。

淀積sin絕緣介質材料的工藝條件是：氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr；

電子束蒸發的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于

步驟q.采用氣體為nh3、n2及sih4，氣體流量分別為2.5sccm、950sccm和250sccm，溫度、射頻功率和壓強分別為300℃、25w和950mtorr的工藝條件，使用等離子體增強化學氣相淀積技術，淀積sin絕緣介質材料以覆蓋器件上部，所有淀積的sin絕緣介質材料共同形成鈍化層14，完成整個器件的制作，如圖3q。

本發明的效果可通過以下仿真進一步說明：

仿真：對傳統gan基電流孔徑異質結場效應器件和本發明器件在擊穿情況下的二維電場分布進行仿真，結果如圖4，其中圖4(a)為傳統器件，其擊穿電壓為400v，圖4(b)為本發明器件，其采用了3個浮空場板，器件的擊穿電壓為1550v。

由圖4(a)可以看出，擊穿情況下，傳統器件中電場強度分布極不均勻，在電流阻擋層與孔徑區域交界面下方附近的半導體材料中出現了極高的電場峰值，從而引起器件過早擊穿，因此器件的擊穿電壓僅為400v。由圖4(b)可以看出，擊穿情況下，本發明器件中電場分布更加均勻，在器件內部以及漂移層兩側表面附近形成了連續平緩的高電場區，說明采用二級階梯形式的電流阻擋層后，復合源場板可以有效調制器件內部和漂移層兩側表面附近的電場峰值，因此本發明器件的擊穿電壓可高達1550v。

以上描述僅是本發明的幾個具體實施例，并不構成對本發明的限制，顯然對于本領域的專業人員來說，在了解了本發明內容和原理后，能夠在不背離本發明的原理和范圍的情況下，根據本發明的方法進行形式和細節上的各種修正和改變，但是這些基于本發明的修正和改變仍在本發明的權利要求保護范圍之內。