弧形柵場板電流孔徑功率器件的制作方法

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，特別是弧形柵場板電流孔徑功率器件，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，也是一種電流孔徑功率器件，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：襯底1、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、勢壘層7和鈍化層12；溝道層6和勢壘層7的兩側刻蝕有凹槽8，兩側凹槽8中淀積有兩個源極9，源極之間的勢壘層上面淀積有柵極10，襯底1下面淀積有漏極11，鈍化層12完全包裹除了漏極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、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。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，提供一種弧形柵場板電流孔徑功率器件，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

一種弧形柵場板電流孔徑功率器件，包括：襯底、漂移層、孔徑層、左、右兩個對稱的阻擋層、溝道層、勢壘層和鈍化層，溝道層和勢壘層的兩側刻蝕有凹槽，兩側凹槽中淀積有兩個源極，源極之間的勢壘層上面淀積有柵極，襯底下面淀積有漏極，鈍化層完全包裹在除漏極底部以外的所有區域，兩個對稱的阻擋層之間形成孔徑，其特征在于：

所述兩個阻擋層，采用由第一阻擋層和第二阻擋層構成的二級臺階結構，且第一阻擋層位于第二阻擋層的外側；

所述鈍化層，采用弧形結構，即在鈍化層的兩邊刻有弧形臺階，弧形臺階上淀積有金屬，形成左右兩個對稱的弧形場板，該弧形場板與柵極電氣連接，形成弧形柵場板。

二、制作方法

本發明制作弧形柵場板電流孔徑功率器件的方法，包括如下過程：

a.在襯底1上外延n^-型gan半導體材料，形成厚度為3～50μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3的漂移層2；

b.在漂移層2上外延n型gan半導體材料，形成厚度為1.2～3μm、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與孔徑層厚度相同，寬度b為0.2～1μm的兩個第一阻擋層41；

d.在孔徑層3和第一阻擋層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d為0.3～1μm，寬度e為1.32～3.3μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層41和兩個第二阻擋層42構成兩個對稱的二級臺階結構的電流阻擋層4，該兩個電流阻擋層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上第三次制作掩模，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、右兩個凹槽8；

h.在兩個凹槽8上部和勢壘層7的上部第四次制作掩模，利用該掩模在兩個凹槽中淀積金屬，且所淀積金屬的厚度大于凹槽8的深度，以制作源極9；

i.在源極9上部和勢壘層7上部第五次制作掩模，利用該掩模在左、右兩側源極9之間的勢壘層7上部淀積金屬，以制作柵極10，柵極10與兩個電流阻擋層4之間均存在水平方向上的交疊，交疊長度大于0μm；

j.在襯底1的背面上淀積金屬，以制作漏極11；

k.在除了漏極11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12；

l.在鈍化層12上部制作第六次掩模，利用該掩模在鈍化層12的左右兩邊內進行刻蝕，形成弧形臺階13，該弧形臺階13在垂直方向上低于第一阻擋層41下邊緣的弧形臺階表面任意一點，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離為h，與漂移層2的水平距離為m，且近似滿足關系h＝9.5-10.5exp(-0.6m)，0μm<h≤9μm；該弧形臺階13表面與第一阻擋層41下邊緣處于同一水平高度的部位，距離漂移層2的水平間距t為0.18μm；

m.在鈍化層12的上部制作第七次掩模，利用該掩模在左右兩邊的弧形臺階13上淀積金屬，形成左右對稱的兩個弧形場板14，該弧形場板14的上邊緣所在高度等于或高于第一阻擋層41下邊緣所在高度，并將該兩側的弧形場板14與柵極10電氣連接，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。

本發明采用二級臺階形式的電流阻擋層，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，便可以利用弧形場板有效調制漂移層兩側表面附近的電場峰值，以在弧形場板處漂移層兩側表面附近形成連續平緩的較高電場區；

通過調整弧形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等，可使得電流阻擋層與孔徑層交界面下方附近的電場峰值與弧形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，且通過增加弧形場板的長度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弧形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，隨著弧形場板長度增加，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，弧形場板的制作是通過在漂移層兩側的鈍化層中刻蝕弧形臺階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是本發明弧形柵場板電流孔徑功率器件的結構圖；

圖3是本發明制作弧形柵場板電流孔徑功率器件的流程圖；

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；

圖5是沿圖4中各器件右側電流阻擋層左邊緣的縱向電場分布；

圖6是沿圖4中各器件漂移層右側邊緣的縱向電場分布圖。

具體實施方式

參照圖2，本發明是基于gan基寬禁帶半導體異質結結構，其包括：襯底1、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、勢壘層7和鈍化層12，溝道層6和勢壘層7的兩側刻蝕有凹槽8，兩側凹槽8中淀積有兩個源極9，源極9之間的勢壘層上面淀積有柵極10，襯底1下面淀積有漏極11，鈍化層12完全包裹在除漏極11底部以外的所有區域。其中：

所述漂移層2，位于襯底1上部，其厚度為3～50μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；

所述孔徑層3，位于漂移層2上部，其厚度為1.2～3μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；

所述電流阻擋層4，是由第一阻擋層41和第二阻擋層42構成得的二級臺階結構，其中：兩個第一阻擋層位于孔徑層3內的左右兩側，兩個第二阻擋層42位于兩個第一阻擋層41內側，各阻擋層均采用p型摻雜；該第一阻擋層41的厚度a為1.2～3μm，寬度b為0.2～1μm，該第二阻擋層42的厚度d為0.3～1μm，寬度e為1.32～3.3μm，且a>d，e＝1.1a；

所述孔徑5，位于兩個電流阻擋層4之間；

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；

所述凹槽8，其深度等于溝道層6與勢壘層7的總厚度；

所述源極9，其金屬厚度大于凹槽8的深度；

所述柵極10，其與左右兩個電流阻擋層均存在水平方向上的交疊，交疊長度大于0μm；

所述器件兩邊的鈍化層12，其上刻有弧形臺階13，該弧形臺階13在垂直方向上低于第一阻擋層41下邊緣的弧形臺階表面任意一點，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離為h，與漂移層2的水平距離為m，且近似滿足關系h＝9.5-10.5exp(-0.6m)，0μm<h≤9μm；該弧形臺階13表面與第一阻擋層41下邊緣處于同一水平高度的部位，距離漂移層2的水平間距t為0.18μm，t≤m；鈍化層12可采用sio2、sin、al2o3、sc2o3、hfo2、tio2中的任意一種或其它絕緣介質材料；

所述弧形場板14，其上邊緣所在高度等于或高于第一阻擋層41下邊緣所在高度，兩個弧形場板14與柵極10電氣連接，形成弧形柵場板。

參照圖3，本發明制作弧形柵場板電流孔徑功率器件的過程，給出如下三種實施例：

實施例一：制作鈍化層為sin的弧形柵場板電流孔徑功率器件。

步驟1.在襯底1上外延n^-型gan，形成漂移層2，如圖3a。

采用n⁺型gan做襯底1，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在襯底1上外延厚度為3μm、摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3的n^-型gan材料，形成漂移層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.在漂移層上外延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，在漂移層2上外延厚度為1.2μm、摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3的n型gan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。

先在孔徑層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1×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，制作厚度a為1.2μm，寬度b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。

先在孔徑層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、右兩個第一阻擋層41之間的孔徑層內兩側注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，制作厚度d為0.3μm，寬度e為1.32μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層41和兩個第二阻擋層42構成兩個對稱的電流阻擋層4，兩個對稱的二級臺階結構的電流阻擋層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和溝道層6左右兩側刻蝕制作凹槽8，如圖3g。

在勢壘層7上第三次制作掩模，使用反應離子刻蝕技術，在勢壘層7和溝道層6的左、右兩側進行刻蝕，且刻蝕深度等于0.045μm，形成左、右兩個凹槽8；

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8.制作源極9，如圖3h。

先在兩個凹槽8上部和勢壘層7的上部第四次制作掩模；

再使用電子束蒸發技術，在兩個凹槽8上部淀積ti/au/ni組合金屬，形成源極9，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9.制作柵極10，如圖3i。

9.1)在源極9上部和勢壘層7的上部第五次制作掩模；

9.2)使用電子束蒸發技術，在勢壘層7上淀積ni/au/ni組合金屬，形成柵極10，柵極10與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度均為0.45μm；

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10.制作漏極11，如圖3j。

使用電子束蒸發技術，在整個襯底1的背面上依次淀積金屬ti、au、ni，形成漏極11，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11.淀積sin絕緣介質材料，形成包裹的鈍化層12，如圖3k。

使用等離子體增強化學氣相淀積技術，在除了漏極11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12，其中：

淀積鈍化層的工藝條件是：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12.在鈍化層內的左、右兩邊刻蝕弧形臺階13，如圖3l。

在鈍化層12的上部制作第六次掩模，使用反應離子刻蝕技術在鈍化層12左右兩邊內進行刻蝕，形成弧形臺階13，該弧形臺階13在垂直方向上低于第一阻擋層41下邊緣的弧形臺階表面任意一點，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離為h，與漂移層2的水平距離為m，近似滿足關系：h＝9.5-10.5exp(-0.6m)，h最大為1.5μm，該弧形臺階13表面與第一阻擋層41下邊緣處于同一水平高度的部位，距離漂移層2的水平間距t為0.18μm，m≥0.18μm，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13.制作弧形場板14，如圖3m。

13.1)在帶有弧形臺階13的鈍化層12上部制作第七次掩模；

13.2)使用電子束蒸發技術，即在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發速率小于的工藝條件下，對左、右兩邊的弧形臺階進行金屬淀積ti，制作左、右對稱的兩個弧形場板14，且該弧形場板14的上邊緣所在高度等于第一阻擋層41下邊緣所在高度，并將該兩側的弧形場板14與柵極電氣連接，完成整個器件的制作；

實施例二：制作鈍化層為sio2的弧形柵場板電流孔徑功率器件。

第一步.在襯底上外延n^-型gan，形成漂移層2，如圖3a。

在溫度為1000℃，壓強為45torr，摻雜源為sih4，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，采用n⁺型gan做襯底1，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在襯底1上外延厚度為40μm、摻雜濃度為7×10¹⁶cm^-3的n^-型gan材料，完成漂移層2的制作。

第二步.在漂移層上外延n型gan，形成孔徑層3，如圖3b。

在溫度為1000℃，壓強為45torr，摻雜源為sih4，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，形成厚度a為1.5μm，寬度b為0.4μm的兩個第一阻擋層41。

第四步.制作第二阻擋層42，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之間的孔徑層內兩側位置注入劑量為7×10¹⁵cm^-2的p型雜質mg，形成厚度d為0.6μm，寬度e為1.65μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層41和兩個第二阻擋層42構成兩個對稱的電流阻擋層4，兩個對稱的二級臺階形的電流阻擋層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上部，外延厚度為0.1μm的gan材料，完成溝道層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，在溝道層6上外延厚度為35nm的al0.3ga0.7n材料，完成勢壘層7的制作。

第七步.在勢壘層7和溝道層6的左右兩側刻蝕制作凹槽8，如圖3g。

在勢壘層7上第三次制作掩模，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和溝道層6的左、右兩側進行刻蝕，形成左、右兩個凹槽8，凹槽深度為0.135μm。

第八步.制作源極9，如圖3h。

8.1)在兩個凹槽8上部和勢壘層7的上部第四次制作掩模；

8.2)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，在兩個凹槽8上部淀積ti/au/ni組合金屬，形成源極9，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。

第九步.制作柵極10，如圖3i。

9.1)在兩個源極9上部和勢壘層7上部第五次制作掩模；

9.2)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，在勢壘層7上淀積ni/au/ni組合金屬，完成柵極10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，柵極10與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度為0.5μm。

第十步.制作漏極11，如圖3j。

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，在整個襯底1的背面依次淀積金屬ti、au、ni，形成漏極11，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。

第十一步.淀積sio2絕緣介質材料，形成包裹的鈍化層12，如圖3k。

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11底部以外的其他所有區域，完成鈍化層12的制作。

第十二步.在鈍化層內的左、右兩側刻蝕弧形臺階13，如圖3l。

12.1)在鈍化層12上部制作第六次掩模；

12.2)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，完成弧形臺階13的制作，該弧形臺階13在垂直方向上低于第一阻擋層41下邊緣的弧形臺階表面任意一點，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離為h，與漂移層2的水平距離為m，近似滿足關系：h＝9.5-10.5exp(-0.6m)，h最大為7μm，該弧形臺階13表面與第一阻擋層41下邊緣處于同一水平高度的部位，距離漂移層2的水平間距t為0.18μm，m≥0.18μm。

第十三步.制作弧形場板14，如圖3m。

13.1)在鈍化層12的上部制作第七次掩模；

13.2)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12左、右兩邊的弧形臺階13上淀積金屬ti/au，完成弧形場板14的制作，且該弧形場板14的上邊緣所在高度高于第一阻擋層41下邊緣所在高度0.3μm，并將弧形場板14與柵極電氣連接，從而完成整個器件的制作。

實施例三：制作鈍化層為sio2的弧形柵場板電流孔徑功率器件。

步驟a.選用n⁺型gan做襯底1，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，在襯底上外延厚度為50μm、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的n^-型gan材料，制作漂移層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，形成厚度a為3μm，寬度b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之間的孔徑層內兩側位置注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的p型雜質mg，形成厚度d為1μm，寬度e為3.3μm的兩個第二阻擋層42，兩個第一阻擋層41和兩個第二阻擋層42構成兩個對稱的電流阻擋層4，兩個對稱的二級臺階形的電流阻擋層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源的工藝條件，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上部外延厚度為0.2μm的gan材質的溝道層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材質的勢壘層7，如圖3f。

步驟g.在勢壘層7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，在勢壘層7和溝道層6的左、右兩側進行刻蝕，其刻蝕深度為0.25μm，形成左、右兩個凹槽8，如圖3g。

步驟h.在兩個凹槽8上部和勢壘層7的上部第四次制作掩模，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，在兩個凹槽8上部淀積ti/au/ni組合金屬，制作源極9，其中所淀積的金屬自下而上，ti的厚度是0.02μm、au的厚度是0.3μm、ni的厚度是0.05μm，如圖3h。

步驟i.在源極9上部和勢壘層7的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，在勢壘層7上淀積金屬，制作柵極10，其中所淀積的金屬為ni/au/ni金屬組合，且ni的厚度為0.02μm，au的厚度為0.2μm，ni的厚度為0.04μm，柵極10與兩個電流阻擋層4在水平方向上的交疊長度均為0.8μm，如圖3i。

步驟j.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，在整個襯底1的背面上依次淀積金屬ti、au、ni，形成漏極11，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3j。

步驟k.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11底部以外的其他所有區域，完成鈍化層12的制作，如圖3k。

步驟l.在鈍化層12上部制作第六次掩模，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，形成弧形臺階13，該弧形臺階13在垂直方向上低于第一阻擋層41下邊緣的弧形臺階表面任意一點，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離為h，與漂移層2的水平距離為m，近似滿足關系：h＝9.5-10.5exp(-0.6m)，h最大為9μm，該弧形臺階13表面與第一阻擋層41下邊緣處于同一水平高度的部位，距離漂移層2的水平間距t為0.18μm，m≥0.18μm，如圖3l。

步驟m.在鈍化層12上部，制作第七次掩模，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、右兩邊的各弧形臺階13上淀積ti/au組合金屬，完成弧形場板14的制作，且該弧形場板14的上邊緣所在高度高于第一阻擋層41下邊緣所在高度0.5μm，并將弧形場板與柵極電氣連接，完成整個器件的制作，如圖3m。

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560v，圖4(b)為本發明器件，其擊穿電壓為2010v。

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560v。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，說明采用二級臺階形式的電流阻擋層后，弧形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2010v。

沿圖4中各器件右側電流阻擋層左邊緣做垂直方向的切線，得到孔徑層下邊緣以下的縱向電場分布，結果如圖5；沿圖4中各器件漂移層右側邊緣做垂直方向的切線，得到孔徑層下邊緣以下的縱向電場分布，結果如圖6。

結合圖5和圖6所示的縱向電場分布可以更加明顯地看出，本發明器件結構可以更加有效地調制器件內部和漂移層兩側表面附近的電場分布，增加器件內高場區的范圍，且使得器件內部和漂移層兩側表面附近的電場分布更加平坦，因此本發明器件的擊穿電壓遠大于傳統器件的擊穿電壓。

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。