增強型柵場板GaN基電流孔徑異質結場效應器件及其制作方法與流程

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，特別是增強型柵場板gan基電流孔徑異質結場效應器件，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，例如gan基電流孔徑異質結場效應器件，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區厚度提高擊穿電壓，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漂移區，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：n⁺型gan襯底1、n^-型gan漂移層2、n型gan孔徑層3、左、右兩個對稱的電流阻擋層4、孔徑5、gan溝道層6、勢壘層7和鈍化層14；勢壘層7上面的兩側淀積有源極11，源極11下方通過離子注入形成兩個n⁺注入區10，源極11之間的勢壘層7上外延有p⁺型gan帽層8，p⁺型gan帽層8兩側刻有兩個臺階9，p⁺型gan帽層的上面淀積有柵極12，n⁺型gan襯底1下面淀積有漏極13，鈍化層14完全包裹除了漏極13底部以外的所有區域，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。因此，探索和研發制造工藝簡單、擊穿電壓高的新型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。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，提供一種增強型柵場板gan基電流孔徑異質結場效應器件及其制作方法，以減小器件的制作難度，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

一種增強型柵場板gan基電流孔徑異質結場效應器件，包括：n⁺型gan襯底、n^-型gan漂移層、n型gan孔徑層、左、右兩個對稱的電流阻擋層、孔徑、gan溝道層、勢壘層和鈍化層，勢壘層上的兩側淀積有兩個源極，兩個源極下方通過注入形成兩個n⁺注入區，源極之間的勢壘層上外延有p⁺型gan帽層，p⁺型gan帽層兩側刻有兩個臺階，p⁺型gan帽層上面淀積有柵極，n⁺型gan襯底下面淀積有漏極，鈍化層完全包裹除了漏極底部以外的所有區域，其特征在于：

所述電流阻擋層，由第一電流阻擋層和第二電流阻擋層共同構成的二級臺階結構組成，且第一電流阻擋層位于第二電流阻擋層的外側；

所述孔徑，包括第一孔徑和第二孔徑，第一孔徑位于左、右兩個第一電流阻擋層之間，第二孔徑位于左、右兩個第二電流阻擋層之間；

所述鈍化層，采用階梯形狀，即在鈍化層的兩邊刻有整數個階梯，所有階梯上淀積有連續金屬，形成對稱的兩個整體階梯場板，該階梯場板與柵極電氣連接，形成階梯柵場板，階梯場板上邊界所在高度高于第一電流阻擋層41下邊界所在高度，階梯場板和鈍化層上方覆蓋有保護層。

所述整數個階梯，其每個階梯的高度相等，均為l，l的范圍為0.5～4μm，且第1階梯上表面距離第一電流阻擋層下邊界的垂直距離也為l，每個階梯的寬度si不同，且自上而下依次增大，i為整數且m≥i≥1。

所述電流阻擋層，第一電流阻擋層的厚度a與第二電流阻擋層的寬度e近似滿足關系且e≤3.5a，其中，t為n^-型gan漂移層與同側階梯場板最近處的水平間距。二、制作方法

本發明制作增強型柵場板gan基電流孔徑異質結場效應器件的方法，包括如下過程：

a.在n⁺型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n^-型gan漂移層2；

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

c.在n型gan孔徑層3上第一次制作掩模，利用該掩模在n型gan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n型gan孔徑層厚度相同，寬度b為0.2～1μm的兩個第一電流阻擋層41，這兩個對稱的第一電流阻擋層之間形成第一孔徑51；

d.在n型gan孔徑層3和兩個第一電流阻擋層41上第二次制作掩模，利用該掩模，在左、右第一電流阻擋層之間的n型gan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d為0.3～1μm，寬度e為1.4～3.4μm的兩個第二電流阻擋層42，這兩個對稱的第二電流阻擋層之間形成第二孔徑52；

e.在兩個第一電流阻擋層41、兩個第二電流阻擋層42和第二孔徑52上部外延gan半導體材料，形成厚度為0.04～0.2μm的gan溝道層6；

f.在gan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的p⁺型gan帽層8；

h.在p⁺型gan帽層8上第三次制作掩模，利用該掩模在p⁺型gan帽層左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕區深度等于p⁺型gan帽層的厚度，形成臺階9，且兩個臺階之間的p⁺型gan帽層8與左右兩個電流阻擋層4的水平交疊長度均為h，h>0μm；

i.在未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及p⁺型gan帽層上部第四次制作掩模，利用該掩模在兩邊未被p⁺型gan帽層覆蓋的勢壘層內注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的n型雜質，以制作n⁺注入區10，其中，兩個n⁺注入區的深度均大于勢壘層厚度，且小于gan溝道層6與勢壘層兩者的總厚度；

j.在兩個n⁺注入區上部、兩邊未被p⁺型gan帽層覆蓋的勢壘層上部和p⁺型gan帽層上部第五次制作掩模，利用該掩模在兩個n⁺注入區上部淀積金屬，以制作源極11；

k.在源極11上部、兩邊未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及p⁺型gan帽層上部第六次制作掩模，利用該掩模在p⁺型gan帽層上淀積金屬，以制作柵極12；

l.在n⁺型gan襯底1的背面淀積金屬，以制作漏極13；

m.在除了漏極13底部以外的其他所有區域淀積絕緣介質材料，形成包裹的鈍化層14；

n.在鈍化層14上部制作第七次掩模，利用該掩模在左、右兩邊鈍化層內進行刻蝕，形成第1個平臺；

o.制作第1階梯至第m階梯，過程如下：

o1)在鈍化層14上部制作一次掩模，利用本次掩模在第1個平臺內進行刻蝕，形成第1階梯，并得到第2個平臺；

o2)在鈍化層14上部制作一次掩模，利用本次掩模在第2個平臺內進行刻蝕，形成第2階梯，并得到第3個平臺；

以此類推，直至形成第m階梯和第m+1個平臺，m根據器件實際使用要求確定，其值為大于等于1的整數；

p.在帶有m個階梯的鈍化層14上制作掩模，利用該掩模在左、右兩邊的階梯上淀積金屬，形成左、右對稱的兩個階梯場板15，并將該兩側的階梯場板與柵極電氣連接；該階梯場板15的上邊界所在高度高于第一電流阻擋層41下邊界所在高度，n^-型gan漂移層與階梯場板最近處的水平間距t近似滿足關系t<si，且e≤3.5a，其中a為第一電流阻擋層41的厚度，e為第二電流阻擋層42的寬度，i為整數且m≥i≥1；

q.在鈍化層14和兩個階梯場板15上淀積絕緣介質材料，以制作保護層16，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：

1.實現擊穿電壓持續增加。

本發明采用二級臺階形式的電流阻擋層，使器件內部的第一電流阻擋層、第二電流阻擋層與孔徑層交界面下方附近均會產生一個電場峰值，且前者電場峰值大于后者電場峰值；由于前者電場峰值非常接近漂移層兩側表面，便可以利用階梯場板有效調制漂移層兩側表面附近的電場峰值，以在階梯場板的每個階梯處漂移層兩側表面附近形成新的電場峰值，電場峰值數目與階梯場板的階梯數相等；

通過調整階梯場板與漂移層之間鈍化層的厚度、電流阻擋層的尺寸和摻雜、階梯的寬度和高度，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階梯場板對應的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，且通過增加階梯場板的階梯數目可實現擊穿電壓的持續增加。

2.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階梯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，在器件內部漂移層只存在由電流阻擋層所產生的耗盡區，并未引入其它耗盡區，因此，隨著階梯場板階梯數目增加，器件的擊穿電壓持續增加，而導通電阻幾乎保持恒定。

3.工藝簡單，易于實現，提高了成品率。

本發明器件結構中，階梯場板的制作是通過在漂移層兩側的鈍化層中刻蝕階梯并淀積金屬而實現的，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是本發明增強型柵場板gan基電流孔徑異質結場效應器件的結構圖；

圖3是本發明制作增強型柵場板gan基電流孔徑異質結場效應器件的流程圖；

圖4是本發明制作第1階梯至第m階梯的流程圖；

圖5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，本發明增強型柵場板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：n⁺型gan襯底1、n^-型gan漂移層2、n型gan孔徑層3、左、右兩個對稱的電流阻擋層4、孔徑5、gan溝道層6、勢壘層7和鈍化層14，勢壘層上面兩側淀積有源極11，兩個源極下方通過離子注入形成兩個n⁺注入區10，源極之間的勢壘層上外延有p⁺型gan帽層8，p⁺型gan帽層兩側刻有臺階9，p⁺型gan帽層上面淀積有柵極12，n⁺型gan襯底下面淀積有漏極13，鈍化層14完全包裹除了漏極底部以外的所有區域。其中：

電流阻擋層4是由第一電流阻擋層41和第二電流阻擋層42共同構成得的二級臺階結構，第一電流阻擋層41位于第二電流阻擋層42外側，第一電流阻擋層和第二電流阻擋層均采用p型摻雜；第一電流阻擋層的厚度a為0.5～3μm，寬度b為0.2～1μm，第二電流阻擋層厚度d為0.3～1μm，寬度e為1.4～3.4μm，且a>d；孔徑5由第一孔徑51和第二孔徑52構成，第一孔徑位于左、右兩個第一電流阻擋層之間，第二孔徑位于左、右兩個第二電流阻擋層之間；

所述器件兩邊的鈍化層14，其上刻有m個階梯，該m個階梯上淀積有金屬，形成左、右兩個階梯場板15，該階梯場板15與柵極電氣連接，該鈍化層14中的各級階梯自上而下依次為第1階梯，第2階梯至第m階梯，m為大于零的整數，根據使用要求確定；鈍化層14中各級階梯的高度相同，均為l，l的范圍為0.5～4μm，且第1階梯上表面距離第一電流阻擋層下邊界的垂直距離也為l，第1階梯寬度、第2階梯寬度、第i階梯寬度和第m階梯寬度依次為s1、s2、si和sm，滿足sm>...>si>...>s2>s1，i為整數且m≥i≥1；階梯場板以及鈍化層上部覆蓋有保護層16；鈍化層14和保護層16均可采用sio2、sin、al2o3、sc2o3、hfo2、tio2中的任意一種或其它絕緣介質材料；

所述n^-型gan漂移層2，位于n⁺型gan襯底1上部，其厚度為3～100μm，摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；

所述n型gan孔徑層3，位于n^-型gan漂移層2上部，其厚度為0.5～3μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；在n型gan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，形成第一電流阻擋層41；在左、右第一電流阻擋層41之間的n型gan孔徑層內的兩側位置注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型雜質，形成第二電流阻擋層42；兩個第一電流阻擋層41之間形成第一孔徑51，兩個第二電流阻擋層42之間形成第二孔徑52；

所述gan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gan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p⁺型gan帽層8，其與左右兩個電流阻擋層4的水平交疊長度均為h，h>0μm；

所述階梯場板15，其上邊界所在高度高于第一電流阻擋層的下邊界所在高度；該階梯場板與n^-型gan漂移層2之間的最小水平間距均為t，滿足t<si，si為鈍化層中各級階梯寬度，i為整數且m≥i≥1；t近似滿足關系且e≤3.5a，其中，a為第一電流阻擋層的厚度，e為第二電流阻擋層的寬度；各級階梯的高度l會隨著t的增加而相應的增大。

參照圖3，本發明制作增強型柵場板gan基電流孔徑異質結場效應器件的過程，給出如下三種實施例：

實施例一：制作鈍化層和保護層均為sin，且階梯場板的階梯數為1的電流孔徑異質結場效應器件。

步驟1.在襯底上外延n^-型gan，形成n^-型gan漂移層2，如圖3a。

使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在n⁺型gan襯底1上外延厚度為100μm、摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3的n^-型gan漂移層2。

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.在漂移層上外延n型gan，形成n型gan孔徑層3，如圖3b。

使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在n^-型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孔徑層3。

外延采用的工藝條件為：溫度為900℃，壓強為40torr，以sih4為摻雜源，氫氣流量為4200sccm，氨氣流量為4200sccm，鎵源流量為110μmol/min。

步驟3.制作第一電流阻擋層41，如圖3c。

在n型gan孔徑層3上第一次制作掩模，使用離子注入技術，在n型gan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b為0.2μm的兩個第一電流阻擋層41，這兩個對稱的第一電流阻擋層之間形成第一孔徑51。

步驟4.制作第二電流阻擋層42，如圖3d。

在n型gan孔徑層3和兩個第一電流阻擋層41上第二次制作掩模，使用離子注入技術，在左、右第一電流阻擋層41之間的n型gan孔徑層內側注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，制作厚度d為0.3μm，寬度e為1.4μm的兩個第二電流阻擋層42，這兩個對稱的第二電流阻擋層42之間形成第二孔徑52，第一電流阻擋層41和第二電流阻擋層42構成電流阻擋層4，第一孔徑51和第二孔徑52構成孔徑5。

步驟5.外延gan材料制作gan溝道層6，如圖3e。

使用分子束外延技術，在兩個第一電流阻擋層41、兩個第二電流阻擋層42和第二孔徑52的上部外延厚度為0.04μm的gan材料，制作gan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gan溝道層6上外延厚度為5nm的al0.5ga0.5n材料，形成勢壘層7；

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al源。

步驟7.在勢壘層7上部外延p⁺型gan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p⁺型gan帽層8左、右兩側刻蝕制作臺階9，如圖3h。

在p⁺型gan帽層8上第三次制作掩模，使用反應離子刻蝕技術，在p⁺型gan帽層左、右兩側刻蝕深度為p⁺型gan帽層厚度的刻蝕區，形成臺階9，且p⁺型gan帽層8與左右兩個電流阻擋層4的水平交疊長度均為0.5μm；

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.制作左、右兩個n⁺注入區10，如圖3i。

先在p⁺型gan帽層8的上部及未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部第四次制作掩模；

再使用離子注入技術，在未被p⁺型gan帽層覆蓋的勢壘層內的兩側注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的n型雜質si，制作深度為0.01μm的n⁺注入區10；

然后，在1200℃溫度下進行快速熱退火。

步驟10.制作源極11，如圖3j。

先在n⁺注入區10上部、未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部、以及p⁺型gan帽層8上部第五次制作掩模；

再使用電子束蒸發技術，在n⁺注入區上部淀積金屬，制作源極11，其中所淀積的金屬為ti/au/ni金屬組合，即自下而上分別為ti、au與ni，其厚度依次為0.02μm、0.3μm、0.05μm；

所述電子束蒸發技術，其工藝條件為：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。

先在源極11上部、兩邊未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及p⁺型gan帽層8上部第六次制作掩模；

再使用電子束蒸發技術，在p⁺型gan帽層上淀積金屬，制作柵極12，其中所淀積的金屬為ni/au/ni金屬組合，即自下而上分別為ni、au與ni，其厚度依次為0.02μm、0.2μm、0.04μm；

所述電子束蒸發技術，其工藝條件為：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n⁺型gan襯底1的背面上淀積金屬，制作漏極13，其中：

所淀積的金屬為ti/au/ni金屬組合，即自下而上分別為ti、au與ni，其厚度依次為0.02μm、0.7μm、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，形成包裹的鈍化層14，如圖3m。

使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在除了漏極13底部以外的其他所有區域淀積sin絕緣介質材料，形成包裹的鈍化層14。

淀積鈍化層采用的工藝條件是：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.在鈍化層內的左、右兩邊刻蝕第1個平臺，如圖3n。

在鈍化層14上部制作第七次掩模，使用反應離子刻蝕技術在鈍化層14左、右兩邊的鈍化層內進行刻蝕，制作第1個平臺。

反應離子刻蝕技術采用的工藝條件為：cf4流量為45sccm，o2流量為5sccm，壓強為15mtorr，功率為250w。

步驟15.制作第1階梯，如圖3o。

參照圖4，本步驟的具體實現如下：

在鈍化層14上部制作一次掩模，使用反應離子刻蝕技術，在鈍化層14左、右兩邊的第1個平臺內進行刻蝕，形成第1階梯，并得到第2個平臺，且第1階梯與n^-型gan漂移層2的最小水平間距t為0.49μm，第1階梯寬度s1為0.5μm，第1階梯高度l為4μm，且第1階梯上表面距離第一電流阻擋層下邊界的垂直距離也為4μm，其中：

反應離子刻蝕的工藝條件為：cf4流量為45sccm，o2流量為5sccm，壓強為15mtorr，功率為250w。

步驟16.制作階梯場板15，如圖3p。

在帶有1個階梯的鈍化層14上制作掩模；

使用電子束蒸發技術，在左、右兩邊的第1階梯上淀積連續的金屬ni，且所淀積金屬的上邊界所在高度高于第一電流阻擋層41下邊界所在高度0.3μm，制作左、右對稱的兩個階梯場板15，并將該兩側的階梯場板與柵極電氣連接；

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

步驟17.淀積sin絕緣介質材料，制作保護層16，如圖3q。

使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在鈍化層14和兩個階梯場板15上淀積sin絕緣介質材料，制作保護層16，以對階梯場板以及鈍化層上部進行完全覆蓋，完成整個器件的制作；

所述等離子體增強化學氣相淀積技術，其工藝條件為：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：制作鈍化層和保護層均為sio2，且階梯場板的階梯數為2的電流孔徑異質結場效應器件。

第一步.在襯底上外延n^-型gan，形成n^-型gan漂移層2，如圖3a。

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n⁺型gan襯底1上外延厚度為20μm、摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的的n^-型gan材料，完成n^-型gan漂移層2的制作。

第二步.在漂移層上外延n型gan，形成n型gan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n^-型gan漂移層2上外延厚度為1.5μm、摻雜濃度為5×10¹⁶cm^-3的n型gan材料，完成n型gan孔徑層3的制作。

第三步.制作第一電流阻擋層41，如圖3c。

3.1)在n型gan孔徑層3上第一次制作掩模；

3.2)使用離子注入技術，在n型gan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b為0.5μm的兩個第一電流阻擋層41，這兩個對稱的第一電流阻擋層之間形成第一孔徑51。

第四步.制作第二電流阻擋層42，如圖3d。

4.1)在n型gan孔徑層3和兩個第一電流阻擋層41上第二次制作掩模；

4.2)使用離子注入技術，在左、右第一電流阻擋層41之間的n型gan孔徑層內側再注入劑量為4×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，制作厚度d為0.5μm，寬度e為2μm的兩個第二電流阻擋層42，這兩個對稱的第二電流阻擋層42之間形成第二孔徑52，第一電流阻擋層41和第二電流阻擋層42構成電流阻擋層4，第一孔徑51和第二孔徑52構成孔徑5。

第五步.外延gan材料制作gan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，在第一電流阻擋層41、第二電流阻擋層42和左、右第二電流阻擋層42之間的n型gan孔徑層3上部，外延厚度為0.1μm的gan材料，完成gan溝道層6的制作。

第六步.外延al0.3ga0.7n，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，在gan溝道層6上外延厚度為25nm的al0.3ga0.7n材料，完成勢壘層7的制作。

第七步.在勢壘層7上部外延p⁺型gan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0.15μm的p⁺型gan材料，完成p⁺型gan帽層8的制作。

第八步.在p⁺型gan帽層8的左、右兩側，刻蝕制作臺階9，如圖3h。

8.1)在p⁺型gan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p⁺型gan帽層左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕區深度為0.15μm，形成臺階9，且p⁺型gan帽層8與左右兩個電流阻擋層4水平交疊長度均為0.4μm。

第九步.制作左、右兩個n⁺注入區10，如圖3i。

9.1)在p⁺型gan帽層8的上部及未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部第四次制作掩模；

9.2)使用離子注入技術，在未被p⁺型gan帽層覆蓋的勢壘層內的兩側注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的n型雜質si，制作深度為0.05μm的n⁺注入區10；然后在1200℃溫度下進行快速熱退火。

第十步.制作源極11，如圖3j。

10.1)在n⁺注入區10上部、兩邊未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及p⁺型gan帽層8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，在兩側的n⁺注入區上部淀積ti/au/ni組合金屬，完成源極11的制作，且自下而上，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、未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及p⁺型gan帽層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p⁺型gan帽層上淀積ni/au/ni組合金屬，完成柵極12的制作，且自下而上，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n⁺型gan襯底1背面依次淀積金屬ti、au、ni，形成ti/au/ni組合金屬，完成漏極13的制作，且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，形成包裹的鈍化層14，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底部以外的其他所有區域，完成鈍化層14的制作。

第十四步.在鈍化層內的左、右兩側刻蝕第1個平臺，如圖3n。

14.1)在鈍化層14上部第七次制作掩模；

14.2)在cf4流量為20sccm，o2流量為2sccm，壓強為20mtorr，偏置電壓為100v的工藝條件下，使用反應離子刻蝕技術，在左、右兩邊鈍化層內進行刻蝕，完成第1個平臺的制作。

第十五步.制作第1階梯至第2階梯，如圖3o。

參照圖4，本步驟的具體實現如下：

15.1)在鈍化層14上部制作一次掩模，使用反應離子刻蝕技術，在鈍化層14左、右兩邊的第1個平臺內進行刻蝕，形成第1階梯，并得到第2個平臺，且第1階梯與n^-型gan漂移層2的最小水平間距t為0.193μm，第1階梯寬度s1為0.3μm，第1階梯高度l為1.5μm，且第1階梯上表面距離第一電流阻擋層下邊界的垂直距離也為1.5μm；

15.2)在鈍化層14上部制作一次掩模，使用反應離子刻蝕技術，在鈍化層14左、右兩邊的第2個平臺內進行刻蝕，形成第2階梯，并得到第3個平臺，第2階梯寬度s2為0.8μm，第2階梯高度l為1.5μm；

反應離子刻蝕的工藝條件為：cf4流量為45sccm，o2流量為5sccm，壓強為15mtorr，功率為250w。

第十六步.制作階梯場板15，如圖3p。

16.1)在鈍化層14、第1階梯和第2階梯上制作掩模；

16.2)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，在鈍化層14左、右兩邊的第1階梯至第2階梯上淀積連續的金屬au，且所淀積金屬的上邊界所在高度高于第一電流阻擋層41下邊界所在高度0.5μm，完成階梯場板15的制作，并將階梯場板與柵極電氣連接。

第十七步.淀積sio2材料，制作保護層16，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，在鈍化層14和兩個階梯場板15上淀積sio2，制作保護層16，以對階梯場板以及鈍化層上部進行完全覆蓋，完成階梯場板的階梯數為2的整個器件的制作。

實施例三：制作鈍化層為sio2，保護層為sin，且階梯場板的階梯數為4的電流孔徑異質結場效應器件。

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，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在n⁺型gan襯底1上外延厚度為3μm、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的n^-型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n^-型gan漂移層2上外延厚度為3μm、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的n型gan孔徑層3，如圖3b。

步驟c.在n型gan孔徑層3上第一次制作掩模，再使用離子注入技術，在n型gan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b為1μm的兩個第一電流阻擋層41，這兩個對稱的第一電流阻擋層之間形成第一孔徑51，如圖3c。

步驟d.在n型gan孔徑層3和兩個第一電流阻擋層41上第二次制作掩模，再使用離子注入技術，在左、右兩個第一電流阻擋層41之間的n型gan孔徑層內側位置注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的p型雜質mg，制作厚度d為1μm，寬度e為3.4μm的兩個第二電流阻擋層42，這兩個對稱的第二電流阻擋層之間形成第二孔徑52，第一電流阻擋層41和第二電流阻擋層42構成電流阻擋層4，第一孔徑51和第二孔徑52構成孔徑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源的工藝條件，使用分子束外延技術，在兩個第一電流阻擋層41、兩個第二電流阻擋層42和第二孔徑52上部外延厚度為0.2μm的gan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gan溝道層6上外延厚度為50nm的al0.1ga0.9n材質的勢壘層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帽層8，如圖3g。

步驟h.在p⁺型gan帽層8上第三次制作掩模，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p⁺型gan帽層左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕區深度為0.25μm，制作臺階9，且p⁺型gan帽層8與左右兩個電流阻擋層4的水平交疊長度均為1μm，如圖3h。

步驟i.在未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及p⁺型gan帽層8上部，第四次制作掩模，再使用離子注入技術，在兩邊未被p⁺型gan帽層覆蓋的勢壘層內注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的n型雜質si，制作深度為0.08μm的n⁺注入區10；然后，在1200℃下進行快速熱退火，如圖3i。

步驟j.在n⁺注入區10上部、p⁺型gan帽層8上部以及兩邊未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部，第五次制作掩模；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，在兩側的n⁺注入區上部淀積金屬，制作源極11，其中所淀積的金屬為ti/au/ni金屬組合，即自下而上分別為ti、au與ni，其厚度依次為0.02μm、0.3μm、0.05μm，如圖3j。

步驟k.在源極11上部、兩邊未被p⁺型gan帽層8覆蓋的勢壘層7上部以及p⁺型gan帽層8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p⁺型gan帽層上淀積金屬，制作柵極12，其中所淀積的金屬為ni/au/ni金屬組合，即自下而上分別為ni、au與ni，其厚度依次為0.02μm、0.2μm、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n⁺型gan襯底1的背面上淀積金屬，制作漏極13，其中所淀積的金屬為ti/au/ni金屬組合，且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.采用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，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底部以外的其他所有區域，完成鈍化層14的制作，如圖3m。

步驟n.在鈍化層14上部制作第七次掩模，再采用cf4流量為20sccm，o2流量為2sccm，壓強為20mtorr，偏置電壓為100v的工藝條件，使用反應離子刻蝕技術，在左、右兩邊鈍化層內刻蝕，形成第1個平臺，如圖3n。

步驟o.制作第1階梯至第4階梯，如圖3o。

參照圖4，本步驟的具體實現如下：

o1)在鈍化層14上部制作一次掩模，使用反應離子刻蝕技術，在鈍化層14左、右兩邊的第1個平臺內進行刻蝕，形成第1階梯，并得到第2個平臺，且第1階梯與n^-型gan漂移層2的最小水平間距t為0.18μm，第1階梯寬度s1為0.2μm，第1階梯高度l為0.5μm，且第1階梯上表面距離第一電流阻擋層下邊界的垂直距離也為0.5μm；

o2)在鈍化層14上部制作一次掩模，使用反應離子刻蝕技術，在鈍化層14左、右兩邊的第2個平臺內進行刻蝕，形成第2階梯，并得到第3個平臺，第2階梯寬度s2為0.4μm，第2階梯高度l為0.5μm；

o3)在鈍化層14上部制作一次掩模，使用反應離子刻蝕技術，在鈍化層14左、右兩邊的第3個平臺內進行刻蝕，形成第3階梯，并得到第4個平臺，第3階梯寬度s3為1.1μm，第3階梯高度l為0.5μm；

o4)在鈍化層14上部制作一次掩模，使用反應離子刻蝕技術，在鈍化層14左、右兩邊的第4個平臺內進行刻蝕，形成第4階梯，并得到第5個平臺，第4階梯寬度s4為2μm，第4階梯高度l為0.5μm；

反應離子刻蝕的工藝條件為：cf4流量為45sccm，o2流量為5sccm，壓強為15mtorr，功率為250w。

步驟p.在鈍化層14上部制作掩模，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，在左、右兩邊的各階梯上淀積連續的金屬ti，且所淀積金屬的上邊界所在高度高于第一電流阻擋層41下邊界所在高度0.6μm，完成階梯場板15的制作，并將階梯場板與柵極電氣連接，如圖3p。

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，在鈍化層14和兩個階梯場板15上淀積sin絕緣介質材料制作保護層16，完全覆蓋階梯場板以及鈍化層上部，完成階梯場板的階梯數為4的整個器件的制作，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5，其中圖5(a)為傳統器件，其擊穿電壓為410v，圖5(b)為本發明器件，采用了4個階梯，其擊穿電壓為1780v。

由圖5(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410v。由圖5(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，說明采用二級臺階形式的電流阻擋層后，階梯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1780v。

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。