分段栅场板垂直型电流孔径功率器件及其制作方法与流程

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，特别是分段栅场板垂直型电流孔径功率器件，可用于电力电子系统。

技术背景

功率半导体器件是电力电子技术的核心元件，随着能源和环境问题的日益突出，研发新型高性能、低损耗功率器件就成为提高电能利用率、节约能源、缓解能源危机的有效途径之一。而在功率器件研究中，高速、高压与低导通电阻之间存在着严重的制约关系，合理、有效地改进这种制约关系是提高器件整体性能的关键。随着微电子技术的发展，传统第一代si半导体和第二代gaas半导体功率器件性能已接近其材料本身决定的理论极限。为了能进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻、提高击穿电压、降低整机体积、提高整机效率，以gan为代表的宽禁带半导体材料，凭借其更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和更高的电子饱和漂移速度，且化学性能稳定、耐高温、抗辐射等突出优点，在制备高性能功率器件方面脱颖而出，应用潜力巨大。特别是采用gan基异质结结构的横向高电子迁移率晶体管，即横向gan基高电子迁移率晶体管hemt器件，更是因其低导通电阻、高击穿电压、高工作频率等特性，成为了国内外研究和应用的热点、焦点。

然而，在横向gan基hemt器件中，为了获得更高的击穿电压，需要增加栅漏间距，这会增大器件尺寸和导通电阻，减小单位芯片面积上的有效电流密度和芯片性能，从而导致芯片面积和研制成本的增加。此外，在横向gan基hemt器件中，由高电场和表面态所引起的电流崩塌问题较为严重，尽管当前已有众多抑制措施，但电流崩塌问题依然没有得到彻底解决。为了解决上述问题，研究者们提出了垂直型gan基电流孔径异质结场效应器件，也是一种电流孔径功率器件，参见algan/gancurrentapertureverticalelectrontransistors,ieeedeviceresearchconference,pp.31-32,2002。gan基电流孔径异质结场效应器件可通过增加漂移层厚度提高击穿电压，避免了牺牲器件尺寸和导通电阻的问题，因此可以实现高功率密度芯片。而且在gan基电流孔径异质结场效应器件中，高电场区域位于半导体材料体内，这可以彻底地消除电流崩塌问题。2004年，ilanben-yaacov等人利用刻蚀后mocvd再生长沟道技术研制出algan/gan电流孔径异质结场效应器件，该器件未采用钝化层，最大输出电流为750ma/mm，跨导为120ms/mm，两端栅击穿电压为65v，且电流崩塌效应得到显著抑制，参见algan/gancurrentapertureverticalelectrontransistorswithregrownchannels,journalofappliedphysics,vol.95,no.4,pp.2073-2078,2004。2012年，srabantichowdhury等人利用mg离子注入电流阻挡层结合等离子辅助mbe再生长algan/gan异质结的技术，研制出基于gan衬底的电流孔径异质结场效应器件，该器件采用3μm漂移层，最大输出电流为4ka·cm^-2，导通电阻为2.2mω·cm²，击穿电压为250v，且抑制电流崩塌效果好，参见cavetonbulkgansubstratesachievedwithmbe-regrownalgan/ganlayerstosuppressdispersion,ieeeelectrondeviceletters,vol.33,no.1,pp.41-43,2012。同年，由masahirosugimoto等人提出的一种增强型gan基电流孔径异质结场效应器件，参见transistor,us8188514b2,2012。此外，2014年，huinie等人基于gan衬底研制出一种增强型gan基电流孔径异质结场效应器件，该器件阈值电压为0.5v，饱和电流大于2.3a，击穿电压为1.5kv，导通电阻为2.2mω·cm²，参见1.5-kvand2.2-mω-cm²verticalgantransistorsonbulk-gansubstrates,ieeeelectrondeviceletters,vol.35,no.9,pp.939-941,2014。

上述传统gan基电流孔径异质结场效应器件是基于gan基宽禁带半导体异质结结构，其包括：衬底1、漂移层2、孔径层3、左、右两个对称的电流阻挡层4、孔径5、沟道层6和势垒层7；势垒层7上的两侧淀积有两个源极9，两个源极9下方通过离子注入形成两个注入区8，源极9之间的势垒层上面淀积有栅极10，衬底1下面淀积有漏极11，如图1所示。

经过十多年的理论和实验研究，研究者们发现，上述传统gan基电流孔径异质结场效应器件结构上存在固有缺陷，会导致器件中电场强度分布极不均匀，尤其是在电流阻挡层与孔径区域交界面下方附近的半导体材料中存在极高的电场峰值，从而引起器件过早击穿。这使得实际工艺中很难实现通过增加n型gan漂移层的厚度来持续提高器件的击穿电压。因此，传统结构gan基电流孔径异质结场效应器件的击穿电压普遍不高。为了获得更高的器件击穿电压，并可以通过增加n型gan漂移层的厚度来持续提高器件的击穿电压，2013年，zhongdali等人利用数值仿真技术研究了一种基于超结的增强型gan基电流孔径异质结场效应器件，研究结果表明超结结构可以有效调制器件内部的电场分布，使处于关态时器件内部各处电场强度趋于均匀分布，因此器件击穿电压可达5～20kv，且采用3μm半柱宽时击穿电压为12.4kv，而导通电阻仅为4.2mω·cm²，参见designandsimulationof5-20-kvganenhancement-modeverticalsuperjunctionhemt,ieeetransactionsonelectrondecices,vol.60,no.10,pp.3230-3237,2013。采用超结的gan基电流孔径异质结场效应器件从理论上可以获得高击穿电压，且可实现击穿电压随n型gan漂移层厚度的增加而持续提高，是目前国内外已报道文献中击穿电压最高的一种非常有效的大功率器件结构。然而，超结结构的制造工艺难度非常大，尤其是厚n型gan漂移层情况下，几乎无法实现高性能超结结构的制作。此外，在采用超结结构的gan基电流孔径异质结场效应器件中，当器件导通时超结附近会产生额外的导通电阻，且该导通电阻会随着漂移层厚度的增加而不断增加，因此虽然器件的击穿电压随着漂移层厚度的增加而提高，但是器件的导通电阻也会相应的增加，器件中击穿电压与导通电阻之间的矛盾并没有彻底解决。因此，探索和研发制造工艺简单、击穿电压高、导通电阻小的新型gan基电流孔径异质结场效应器件，非常必要、迫切，具有重要的现实意义。

场板结构已成为横向gan基hemt器件中用于提高器件击穿电压和可靠性的一种成熟、有效的场终端技术，且该技术可以实现器件击穿电压随场板的长度和结构变化而持续增加。近年来，通过利用场板结构已使横向gan基hemt器件的性能取得了突飞猛进的提升，参见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，将场板结构引入gan基电流孔径异质结场效应器件中，以提高器件的击穿电压，具有非常重要的优势。然而，截至目前国内外仍然没有将场板结构成功应用于gan基电流孔径异质结场效应器件中的先例，这主要是由于gan基电流孔径异质结场效应器件结构上的固有缺陷，会导致器件漂移层中最强电场峰位于电流阻挡层与孔径层交界面下方附近，该电场峰远离漂移层两侧表面，因此场板结构几乎无法发挥有效调制器件中电场分布的作用，即使在gan基电流孔径异质结场效应器件中采用了场板结构，器件性能也几乎没有任何提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种分段栅场板垂直型电流孔径功率器件及其制作方法，以减小器件的制作难度，提高器件的击穿电压，并实现击穿电压的可持续增加，缓解器件击穿电压与导通电阻之间的矛盾，改善器件的击穿特性和可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一、器件结构

一种分段栅场板垂直型电流孔径功率器件，包括:衬底1、漂移层2、孔径层3、两个对称的电流阻挡层4、沟道层6和势垒层7，势垒层7上的两侧淀积有两个源极9，两个源极下方通过离子注入形成两个注入区8，源极之间的势垒层上面淀积有栅极10，衬底下面淀积有漏极11，在除漏极底部以外的所有区域完全包裹有钝化层13，两个电流阻挡层之间形成孔径5，其特征在于：

所述两个电流阻挡层，采用由第一阻挡层41和第二阻挡层42构成的二级阶梯结构，且第一阻挡层41位于第二阻挡层42的外侧；

所述钝化层13，是由若干层绝缘介质材料自下而上堆叠而成，两侧的钝化层内制作有分段栅场板12；

所述分段栅场板12，是由m个浮空场板和一个栅场板构成，所有浮空场板相互独立，栅场板与栅极10电气连接，m根据器件实际使用要求确定，其值为大于等于1的整数；

二、制作方法

一种制作分段栅场板垂直型电流孔径功率器件的方法，包括：

a.在衬底1上外延n^-型gan半导体材料，形成漂移层2；

b.在漂移层2上外延n型gan半导体材料，形成厚度h为0.5～3μm、掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3的孔径层3；

c.在孔径层3上第一次制作掩膜，利用该掩膜在孔径层内的两侧位置注入剂量为1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型杂质，制作厚度a与孔径层厚度h相同，宽度c为0.2～1μm的两个第一阻挡层41；

d.在孔径层3和左右第一阻挡层41上第二次制作掩膜，利用该掩膜在左右第一阻挡层41之间的孔径层内的两侧注入剂量为1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型杂质，制作厚度b为0.3～1μm，宽度d为1.4～3.4μm的两个第二阻挡层42，两个第一阻挡层41与两个第二阻挡层42构成两个对称的二级阶梯结构的电流阻挡层4，左右电流阻挡层4之间形成孔径5；

e.在两个第一阻挡层41、两个第二阻挡层42和孔径5上部外延gan半导体材料，形成厚度为0.04～0.2μm的沟道层6；

f.在沟道层6上部外延gan基宽禁带半导体材料，形成厚度为5～50nm的势垒层7；

g.在势垒层7上部第三次制作掩模，利用该掩膜在势垒层内两侧注入剂量为1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的n型杂质，以制作注入区8，其中，两个注入区的深度均大于势垒层厚度，且小于沟道层6与势垒层两者的总厚度；

h.在两个注入区8上部和势垒层7上部第四次制作掩模，利用该掩膜在两个注入区上部淀积金属，以制作源极9；

i.在源极9上部和势垒层7上部第五次制作掩模，利用该掩膜在左、右两侧源极9之间的势垒层7上部淀积金属，以制作栅极10；

j.在整个衬底1的背面上淀积金属，以制作漏极11；

k.淀积绝缘介质材料，以包裹除了漏极11底部以外的所有区域，其中，在衬底1和漂移层2的左、右两侧所淀积的绝缘介质材料上边界距离衬底1的上边界的垂直距离w为5～10μm；

l.在步骤k中淀积的绝缘介质材料上制作掩膜，利用该掩膜在左、右两侧的绝缘介质上淀积金属，以制作第一浮空场板，第一浮空场板距离漂移层2的水平距离为t；

m.在左、右两侧分别制作第二浮空场板、第三浮空场板至第m浮空场板：

m1)在第一浮空场板和步骤k中淀积的绝缘介质材料上再淀积一层绝缘介质材料；

m2)在步骤m1)淀积的绝缘介质材料上制作掩膜，利用该掩膜在左、右两侧的绝缘介质上淀积金属，以制作第二浮空场板，第二浮空场板与第一浮空场板间距为s1，第二浮空场板距离漂移层2的水平距离为t；

m3)在第二浮空场板和步骤m1)淀积的绝缘介质材料上再淀积一层绝缘介质材料；

m4)在步骤m3)淀积的绝缘介质材料上制作掩膜，利用该掩膜在左、右两侧的绝缘介质上淀积金属，以制作第三浮空场板，第三浮空场板与第二浮空场板间距为s2，第三浮空场板距离漂移层2的水平距离为t；

依次类推，直至形成第m浮空场板，m根据器件实际使用要求确定，其值为大于等于1的整数；

n.制作栅场板：

n1)在第m浮空场板和左、右两侧的绝缘介质材料上再次淀积一层绝缘介质材料；

n2)在步骤n1)淀积的左、右两侧的绝缘介质材料上制作掩膜，并利用该掩膜在左、右两侧的绝缘介质上淀积金属，以制作栅场板，栅场板与第m浮空场板的间距为sm，栅场板距离漂移层2的水平距离为t；

n3)将栅场板与栅极电气连接，第一浮空场板至第m浮空场板与栅场板共同构成分段栅场板12；

o.淀积绝缘介质材料以覆盖器件上部，所有淀积的绝缘介质材料共同形成钝化层13，完成整个器件的制作。

本发明器件与传统gan基电流孔径异质结场效应器件比较，具有以下优点：

a.实现击穿电压持续增加。

本发明采用二级阶梯形式的电流阻挡层，使器件内部的第一阻挡层、第二阻挡层与孔径层交界面下方附近均会产生一个电场峰，且第一阻挡层对应的电场峰值大于第二阻挡层对应的电场峰值；由于第一阻挡层的电场峰非常接近漂移层两侧表面，便可以利用分段栅场板有效减弱漂移层两侧表面附近第一阻挡层对应的电场峰，并可以在各浮空场板和栅场板处漂移层两侧表面附近形成新的电场峰，且该电场峰数目与浮空场板和栅场板的数目相等；

通过调整分段栅场板与漂移层之间钝化层的厚度、电流阻挡层的尺寸和掺杂、各浮空场板之间的间距等，可以使得电流阻挡层与孔径层交界面下方附近的电场峰值与分段栅场板对应的漂移层内各电场峰值相等，且小于gan基宽禁带半导体材料的击穿电场，从而提高了器件的击穿电压，且通过增加浮空场板的数目可实现击穿电压的持续增加。

b.在提高器件击穿电压的同时，器件导通电阻几乎恒定。

本发明通过在器件两侧采用分段栅场板的方法来提高器件击穿电压，由于场板不会影响器件导通电阻，当器件导通时，在器件内部漂移层只存在由电流阻挡层所产生的耗尽区，即高阻区，并未引入其它耗尽区，因此，随着浮空场板数目增加，器件的击穿电压持续增加，而导通电阻几乎保持恒定。

c.工艺简单，易于实现，提高了成品率。

本发明器件结构中，分段栅场板的制作是通过在漂移层两侧多次淀积金属而实现的，其工艺简单，且不会对器件中半导体材料产生损伤，避免了采用超结的gan基电流孔径异质结场效应器件结构所带来的工艺复杂化问题，大大提高了器件的成品率。

以下结合附图和实施例进一步说明本发明的技术内容和效果。

附图说明

图1是传统gan基电流孔径异质结场效应器件的结构图；

图2是本发明分段栅场板垂直型电流孔径功率器件的结构图；

图3是本发明制作分段栅场板垂直型电流孔径功率器件的流程图；

图4是对传统器件和本发明器件仿真所得沿器件右侧电流阻挡层左边缘的纵向电场分布；

图5是对传统器件和本发明器件仿真所得沿器件漂移层右侧边缘的纵向电场分布图。

具体实施方式

参照图2，本发明分段栅场板垂直型电流孔径功率器件是基于gan基宽禁带半导体异质结结构，其包括：衬底1、漂移层2、孔径层3、孔径层3内有左右两个对称的电流阻挡层4、沟道层6和势垒层7，势垒层7上的两侧淀积有两个源极9，两个源极9下方通过离子注入形成两个注入区8，源极9之间的势垒层上面淀积有栅极10，衬底1下面淀积有漏极11，除漏极11底部以外的所有区域包裹有钝化层13，两侧的钝化层内制作有分段栅场板12，两个对称的电流阻挡层4之间形成孔径5，其中：

所述衬底1，采用n⁺型gan；

所述漂移层2，位于衬底1上部，其掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；

所述孔径层3，位于漂移层2上部，其厚度h为0.5～3μm、掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；

所述电流阻挡层4，是由第一阻挡层41和第二阻挡层42构成的二级阶梯结构，其中：两个第一阻挡层41位于孔径层3内的左右两侧，两个第二阻挡层42位于两个第一阻挡层41的内侧，各阻挡层均采用p型掺杂，p型杂质的注入剂量为1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2；该第一阻挡层41的厚度a为0.5～3μm，宽度c为0.2～1μm，该第二阻挡层42的厚度b为0.3～1μm，宽度d为1.4～3.4μm，且a>b，d≤3.5a，两个对称的电流阻挡层4之间形成孔径5；

所述沟道层6，位于两个电流阻挡层4和孔径5上部，其厚度为0.04～0.2μm；

所述势垒层7，位于沟道层6上部，其由若干层相同或不同的gan基宽禁带半导体材料组成，厚度为5～50nm；

所述两个注入区8，其深度均大于势垒层厚度，且小于沟道层与势垒层两者的总厚度；

所述栅极10，其与两个电流阻挡层4在水平方向上的交叠长度大于0μm；

所述钝化层13，由若干层绝缘介质材料自下而上堆叠而成，绝缘介质材料可采用sio2、sin、al2o3、sc2o3、hfo2、tio2中的任意一种或其它绝缘介质材料；

所述分段栅场板12，是由m个浮空场板和一个栅场板构成的，左右两侧的分段栅场板完全对称，m个浮空场板自下而上依次为第一浮空场板至第m浮空场板，所有浮空场板相互独立，m根据器件实际使用要求确定，其值为大于等于1的整数，两个栅场板与栅极10电气连接；每个浮空场板的厚度l相同，为0.5～3μm，宽度r相同，为0.5～5μm，左右栅场板与漂移层2在垂直方向上的交叠长度等于l，且左右栅场板的宽度均为r；同一侧的栅场板及各浮空场板，均相互平行，相邻两个场板之间的间距si不同，且自下而上依次减小，第m浮空场板与栅场板的垂直间距sm的范围为0.1～1μm，i为整数且m≥i≥1；在分段栅场板12中，同一侧的栅场板及各浮空场板均相互平行，且距离漂移层2的水平距离均为t，t近似满足关系：d≤3.5a，其中，a为第一阻挡层41的厚度，d为第二阻挡层42的宽度；每个栅场板的上边缘所在高度高于第一阻挡层41下边缘所在高度。

参照图3，本发明制作分段栅场板垂直型电流孔径功率器件的过程，给出如下三种实施例：

实施例一：制作钝化层为sin，且浮空场板数目为2的分段栅场板垂直型电流孔径功率器件。

步骤1.在衬底1上外延n^-型gan，形成漂移层2，如图3a。

采用n⁺型gan做衬底1，使用金属有机物化学气相淀积技术，在衬底1上外延掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3的n^-型gan半导体材料，形成漂移层2，其中：

外延采用的工艺条件为：温度为950℃，压强为40torr，以sih4为掺杂源，氢气流量为4000sccm，氨气流量为4000sccm，镓源流量为100μmol/min。

步骤2.在漂移层2上外延n型gan，形成孔径层3，如图3b。

使用金属有机物化学气相淀积技术，在漂移层2上外延厚度为0.5μm、掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3的n型gan半导体材料，形成孔径层3，其中：

外延采用的工艺条件为：温度为950℃，压强为40torr，以sih4为掺杂源，氢气流量为4000sccm，氨气流量为4000sccm，镓源流量为100μmol/min。

步骤3.制作第一阻挡层41，如图3c。

3a)在孔径层3上第一次制作掩膜；

3b)使用离子注入技术，在孔径层内的两侧位置注入剂量为1×10¹⁵cm^-2的p型杂质mg，制作厚度a为0.5μm，宽度c为0.2μm的两个第一阻挡层41。

步骤4.制作第二阻挡层42，完成电流阻挡层4和孔径5的制作，如图3d。

4a)在孔径层3和两个第一阻挡层41上第二次制作掩膜；

4b)使用离子注入技术，在左、右第一阻挡层41之间的孔径层3内两侧注入剂量为1×10¹⁵cm^-2的p型杂质mg，制作厚度b为0.3μm，宽度d为1.4μm的两个第二阻挡层42，两个第一阻挡层和两个第二阻挡层构成两个对称的二级阶梯结构的电流阻挡层4，左、右两个电流阻挡层4之间形成孔径5。

步骤5.外延gan材料制作沟道层6，如图3e。

使用分子束外延技术，在两个第一阻挡层41、两个第二阻挡层42和孔径5的上部外延厚度为0.04μm的gan材料，形成沟道层6，其中：

分子束外延的工艺条件为：真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射频功率为400w，反应剂采用n2、高纯ga源。

步骤6.外延al0.5ga0.5n，制作势垒层7，如图3f。

使用分子束外延技术在沟道层6上外延厚度为5nm的al0.5ga0.5n材料，形成势垒层7，其中：

分子束外延的工艺条件为：真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射频功率为400w，反应剂采用n2、高纯ga源、高纯al源。

步骤7.制作左、右两个注入区8，如图3g。

7a)在势垒层7上部第三次制作掩模；

7b)使用离子注入技术，在势垒层7内的两侧注入剂量为1×10¹⁵cm^-2的n型杂质si，形成深度为0.01μm的注入区8；

7c)在1200℃温度下进行快速热退火。

步骤8.制作源极9，如图3h。

8a)在两个注入区8上部和势垒层7上部第四次制作掩模；

8b)使用电子束蒸发技术，在两个注入区上部淀积ti/au/ni组合金属，形成源极9，其中：所淀积的金属，自下而上，ti的厚度为0.02μm、au的厚度为0.3μm、ni的厚度为0.05μm；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤9.制作栅极10，如图3i。

9a)在源极9上部和势垒层7上部第五次制作掩模；

9b)使用电子束蒸发技术，在势垒层7上淀积ni/au/ni组合金属，形成栅极10，其中：所淀积的金属，自下而上，ni的厚度为0.02μm、au的厚度为0.2μm、ni的厚度为0.04μm，栅极10与两个电流阻挡层4在水平方向上的交叠长度均为0.3μm；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤10.制作漏极11，如图3j。

使用电子束蒸发技术，在整个衬底1的背面上依次淀积金属ti、au、ni，形成漏极11，其中：所淀积的金属，ti的厚度为0.02μm，au的厚度为0.7μm，ni的厚度为0.05μm；

淀积金属所采用的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤11.淀积sin绝缘介质材料，如图3k。

使用等离子体增强化学气相淀积技术，淀积sin绝缘介质材料，以包裹除了漏极11底部以外的所有区域，其中，左、右两侧的sin绝缘介质材料上边界距离衬底1上边界的垂直距离w为5μm；

淀积sin绝缘介质材料的工艺条件是：气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr。

步骤12.制作第一浮空场板，如图3l。

12a)在步骤11中淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

12b)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质材料上淀积金属ti，以制作厚度l为3μm，宽度r为0.5μm的第一浮空场板，且第一浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.49μm；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤13.淀积sin绝缘介质材料和金属，以制作第二浮空场板，如图3m。

13a)使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第一浮空场板和步骤11中淀积的sin绝缘介质材料上再淀积一层sin绝缘介质材料；

13b)在步骤13a)淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

13c)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质上淀积金属ti，以制作厚度l为3μm，宽度r为0.5μm的第二浮空场板，且第二浮空场板与第一浮空场板间距s1为0.105μm，第二浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.49μm；

淀积sin绝缘介质材料的工艺条件是：气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤14.淀积sin绝缘介质材料和金属，以制作栅场板，如图3n。

14a)使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第二浮空场板和步骤13a)中淀积的绝缘介质材料上再淀积一层sin绝缘介质材料；

14b)在步骤14a)淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

14c)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质材料上淀积金属ti，以制作宽度r为0.5μm的栅场板，该栅场板与漂移层2在垂直方向上的交叠长度等于3μm，栅场板上边缘所在高度高于第一阻挡层41下边缘所在高度0.3μm；栅场板与第二浮空场板间距s2为0.1μm，与漂移层2的水平距离t为0.49μm；

14d)将栅场板与栅极电气连接，该栅场板与第一浮空场板、第二浮空场板形成分段栅场板12；

淀积sin绝缘介质材料的工艺条件是：气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤15.淀积sin绝缘介质材料，以完成钝化层13的制作，如图3o。

使用等离子体增强化学气相淀积技术，淀积sin绝缘介质材料以覆盖器件上部，所有淀积的绝缘介质材料共同形成钝化层13，完成整个器件的制作；

淀积sin绝缘介质材料的工艺条件是：气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr。

实施例二：制作钝化层为sio2，且浮空场板数目为2的分段栅场板垂直型电流孔径功率器件。

第一步.在衬底1上外延n^-型gan，形成漂移层2，如图3a。

在温度为950℃，压强为40torr，以sih4为掺杂源，氢气流量为4000sccm，氨气流量为4000sccm，镓源流量为100μmol/min的工艺条件下，采用n⁺型gan做衬底1，使用金属有机物化学气相淀积技术，在衬底1上外延掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3的n^-型gan材料，完成漂移层2的制作。

第二步.在漂移层2上外延n型gan，形成孔径层3，如图3b。

在温度为1000℃，压强为45torr，以sih4为掺杂源，氢气流量为4400sccm，氨气流量为4400sccm，镓源流量为110μmol/min的工艺条件下，使用金属有机物化学气相淀积技术，在漂移层2上外延厚度h为1.5μm、掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3的n型gan材料，完成孔径层3的制作。

第三步.制作第一阻挡层41，如图3c。

3.1)在孔径层3上第一次制作掩膜；

3.2)使用离子注入技术，在孔径层内的两侧位置注入剂量为5×10¹⁵cm^-2的p型杂质mg，制作厚度a为1.5μm，宽度c为0.4μm的两个第一阻挡层41。

第四步.制作第二阻挡层42，完成电流阻挡层4和孔径5的制作，如图3d。

4.1)在孔径层3和两个第一阻挡层41上第二次制作掩膜；

4.2)使用离子注入技术，在左、右第一阻挡层41之间的孔径层3内两侧注入剂量为5.5×10¹⁵cm^-2的p型杂质mg，形成厚度b为0.55μm，宽度d为2μm的两个第二阻挡层42，两个第一阻挡层和两个第二阻挡层构成两个对称二级阶梯结构的电流阻挡层4，左、右两个电流阻挡层4之间形成孔径5。

第五步.外延gan材料制作沟道层6，如图3e。

在真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射频功率为400w，反应剂采用n2、高纯ga源的工艺条件下，使用分子束外延技术，在两个第一阻挡层41、两个第二阻挡层42和孔径5的上部外延厚度为0.1μm的gan材料，形成沟道层6。

第六步.外延al0.35ga0.65n，制作势垒层7，如图3f。

在真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射频功率为400w，反应剂采用n2、高纯ga源、高纯al源的工艺条件下，使用分子束外延技术，在沟道层6上外延厚度为20nm的al0.35ga0.65n材料，完成势垒层7的制作。

第七步.制作左、右两个注入区8，如图3g。

先在势垒层7上部第三次制作掩模；再使用离子注入技术，在势垒层内的两侧注入剂量为7×10¹⁵cm^-2的n型杂质si，制作深度为0.03μm的注入区8；然后在1200℃温度下进行快速热退火。

第八步.制作源极9，如图3h。

先在两个注入区8上部和势垒层7上部第四次制作掩模；再在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于的工艺条件下，使用电子束蒸发技术，在两个注入区上部淀积ti/au/ni组合金属，完成源极9的制作，该组合金属的厚度自下而上是：ti的厚度为0.02μm、au的厚度为0.3μm、ni的厚度为0.05μm。

第九步.制作栅极10，如图3i。

先在两个源极9上部与势垒层7上部第五次制作掩模；再在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于的工艺条件下，使用电子束蒸发技术，在势垒层7上淀积ni/au/ni组合金属，完成栅极10的制作，该组合金属自下而上的厚度是：ni为0.02μm、au为0.2μm、ni为0.04μm，栅极10与两个电流阻挡层4在水平方向上的交叠长度均为0.4μm。

第十步.制作漏极11，如图3j。

在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于的工艺条件下，使用电子束蒸发技术，在整个衬底1的背面上依次淀积金属ti、au、ni，形成漏极11，其中：所淀积的金属，ti的厚度为0.02μm，au的厚度为0.7μm，ni的厚度为0.05μm。

第十一步.淀积sio2绝缘介质材料，如图3k。

使用等离子体增强化学气相淀积技术，淀积sio2绝缘介质材料，以包裹除了漏极11底部以外的所有区域，其中，左、右两侧的sio2绝缘介质材料上边界距离衬底1上边界的垂直距离w为6μm；

淀积sio2绝缘介质材料的工艺条件是：n2o流量为850sccm，sih4流量为200sccm，温度为250℃，射频功率为25w，压强为1100mtorr。

第十二步.制作第一浮空场板，如图3l。

12.1)在第十一步中淀积的sio2绝缘介质材料上制作掩膜；

12.1)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sio2绝缘介质材料上淀积金属ni，以制作厚度l为1μm，宽度r为2μm的第一浮空场板，且第一浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.19μm；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

第十三步.淀积sio2绝缘介质材料和金属，以制作第二浮空场板，如图3m。

13.1)使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第一浮空场板和第十一步中淀积的sio2绝缘介质材料上再淀积一层sio2绝缘介质材料；

13.2)在步骤13.1)淀积的sio2绝缘介质材料上制作掩膜；

13.3)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sio2绝缘介质上淀积金属ni，以制作厚度l为1μm，宽度r为2μm的第二浮空场板，且第二浮空场板与第一浮空场板间距s1为0.23μm，第二浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.19μm；

淀积sio2绝缘介质材料的工艺条件是：n2o流量为850sccm，sih4流量为200sccm，温度为250℃，射频功率为25w，压强为1100mtorr；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

第十四步.淀积sio2绝缘介质材料和金属，以制作栅场板，如图3n。

14.1)在n2o流量为850sccm，sih4流量为200sccm，温度为250℃，射频功率为25w，压强为1100mtorr的工艺条件下，使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第二浮空场板和步骤13.1)中淀积的绝缘介质材料上再淀积一层sio2绝缘介质材料；

14.2)在步骤14.1)淀积的sio2绝缘介质材料上制作掩膜；

14.3)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于的工艺条件下，使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sio2绝缘介质上淀积金属ni，以制作宽度r为2μm的栅场板，该栅场板与漂移层2在垂直方向上的交叠长度等于1μm，栅场板上边缘所在高度高于第一阻挡层41下边缘所在高度0.4μm；栅场板与第二浮空场板间距s2为0.15μm，与漂移层2的水平距离t为0.19μm；

14.4)将栅场板与栅极电气连接，该栅场板与第一浮空场板和第二浮空场板形成分段栅场板12。

第十五步.覆盖sio2绝缘介质材料，以制作钝化层13，如图3o。

在n2o流量为850sccm，sih4流量为200sccm，温度为250℃，射频功率为25w，压强为1100mtorr的工艺条件下，使用等离子体增强化学气相淀积技术，在除漏极11底部以外的整个器件上部淀积一层薄的sio2绝缘介质材料，由所有淀积的sio2形成钝化层13，完成整个器件的制作。

实施例三：制作钝化层为sin，且浮空场板数目为4的分段栅场板垂直型电流孔径功率器件。

步骤a.采用温度为950℃，压强为40torr，以sih4为掺杂源，氢气流量为4000sccm，氨气流量为4000sccm，镓源流量为100μmol/min的工艺条件，采用n⁺型gan材料做衬底1，使用金属有机物化学气相淀积技术，在衬底上外延掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3的n^-型gan材料，制作漂移层2，如图3a。

步骤b.采用温度为950℃，压强为40torr，以sih4为掺杂源，氢气流量为4000sccm，氨气流量为4000sccm，镓源流量为100μmol/min的工艺条件，使用金属有机物化学气相淀积技术，在漂移层2上外延厚度为3μm、掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3的n型gan材料，制作孔径层3，如图3b。

步骤c.在孔径层3上第一次制作掩膜，再使用离子注入技术，在孔径层内的两侧位置注入剂量为1×10¹⁶cm^-2的p型杂质mg，制作厚度a为3μm，宽度c为1μm的两个第一阻挡层41，如图3c。

步骤d.在孔径层3和两个第一阻挡层41上第二次制作掩膜，再使用离子注入技术，在左、右第一阻挡层41之间的孔径层3内两侧位置注入剂量为1×10¹⁶cm^-2的p型杂质mg，制作厚度b为1μm，宽度d为3.4μm的两个第二阻挡层42，两个第一阻挡层41与两个第二阻挡层42构成两个对称的二级阶梯结构的电流阻挡层4，左右电流阻挡层4之间形成孔径5，如图3d。

步骤e.采用真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射频功率为400w，反应剂采用n2、高纯ga源，使用分子束外延技术，在两个第一阻挡层41、两个第二阻挡层42和孔径5的上部外延厚度为0.2μm的gan材料，形成沟道层6，如图3e。

步骤f.采用真空度小于等于1.0×10^-10mbar，射频功率为400w，反应剂采用n2、高纯ga源、高纯al源的工艺条件，使用分子束外延技术在沟道层6上外延厚度为50nm的al0.1ga0.9n材料，形成势垒层7，如图3f。

步骤g.在势垒层7上部第三次制作掩模，再使用离子注入技术，在势垒层内两侧注入剂量为1×10¹⁶cm^-2的n型杂质si，制作深度为0.06μm的两个注入区8；然后，在1200℃下进行快速热退火，如图3g。

步骤h.在两个注入区8上部和势垒层7上部第四次制作掩模；再采用真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于的工艺条件，使用电子束蒸发技术，在两侧的注入区上部淀积金属，制作源极9，其中所淀积的金属为ti/au/ni金属组合，即自下而上，ti的厚度为0.02μm、au的厚度为0.3μm、ni的厚度为0.05μm，如图3h。

步骤i.在源极9上部和势垒层7上部第五次制作掩模；再采用真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于的工艺条件，使用电子束蒸发技术，在势垒层上淀积ni/au/ni组合金属，制作栅极10，其中：所淀积的金属自下而上，ni的厚度为0.02μm、au的厚度为0.2μm、ni的厚度为0.04μm，栅极10与两个电流阻挡层4在水平方向上的交叠长度均为0.5μm，如图3i。

步骤j.采用真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于的工艺条件，使用电子束蒸发技术，在整个衬底1的背面上依次淀积金属ti、au、ni，形成漏极11，其中所淀积的金属厚度是：ti的厚度为0.02μm，au的厚度为0.7μm，ni的厚度为0.05μm，如图3j。

步骤k.淀积sin绝缘介质材料，如图3k。

使用等离子体增强化学气相淀积技术，淀积sin绝缘介质材料，以包裹除了漏极11底部以外的所有区域，其中，左、右两侧的sin绝缘介质材料上边界距离衬底1上边界的垂直距离w为10μm；

淀积sin绝缘介质材料的工艺条件是：气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr。

步骤l.制作第一浮空场板，如图3l。

k1)在步骤k中淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

k2)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质材料上淀积金属au，以制作厚度l为3μm，宽度r为5μm的第一浮空场板，且第一浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.18μm；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤m.淀积sin绝缘介质材料和金属，以制作第二浮空场板至第四浮空场板，如图3m。

m1)使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第一浮空场板和步骤k中淀积的绝缘介质材料上再淀积一层sin绝缘介质材料；

m2)在步骤m1)淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

m3)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质上淀积金属au，以制作厚度l为0.5μm，宽度r为5μm的第二浮空场板，且第二浮空场板与第一浮空场板间距s1为1.15μm，第二浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.18μm；

m4)使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第二浮空场板和步骤m1)中淀积的绝缘介质材料上再淀积一层sin绝缘介质材料；

m5)在步骤m4)淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

m6)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质上淀积金属au，以制作厚度l为0.5μm，宽度r为5μm的第三浮空场板，且第三浮空场板与第二浮空场板间距s2为1.1μm，第三浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.18μm。

m7)使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第三浮空场板和步骤m4)中淀积的绝缘介质材料上再淀积一层sin绝缘介质材料；

m8)在步骤m7)淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

m9)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质上淀积金属au，以制作厚度l为0.5μm，宽度r为5μm的第四浮空场板，且第四浮空场板与第三浮空场板间距s3为1.05μm，第四浮空场板距离漂移层2的水平距离t为0.18μm；

淀积sin绝缘介质材料的工艺条件是：气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤n.淀积sin绝缘介质材料和金属，以制作栅场板，如图3n。

n1)使用等离子体增强化学气相淀积技术，在第四浮空场板和步骤m7)中淀积的绝缘介质材料上再淀积一层sin绝缘介质材料；

n2)在步骤n1)淀积的sin绝缘介质材料上制作掩膜；

n3)使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的sin绝缘介质上淀积金属au，以制作宽度r为5μm的栅场板，该栅场板与漂移层2在垂直方向上的交叠长度等于0.5μm，栅场板上边缘所在高度高于第一阻挡层41下边缘所在高度0.5μm；栅场板与第四浮空场板间距s4为1μm，与漂移层2的水平距离t为0.18μm；

n4)将栅场板与栅极电气连接，该栅场板与第一浮空场板、第二浮空场板、第三浮空场板、第四浮空场板形成分段栅场板12；

淀积sin绝缘介质材料的工艺条件是：气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr；

电子束蒸发的工艺条件为：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于

步骤o.采用气体为nh3、n2及sih4，气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm，温度、射频功率和压强分别为300℃、25w和950mtorr的工艺条件，使用等离子体增强化学气相淀积技术，淀积sin绝缘介质材料以覆盖器件上部，所有淀积的sin绝缘介质材料共同形成钝化层13，完成整个器件的制作，如图3o。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：

仿真：对传统gan基电流孔径异质结场效应器件和本发明器件在击穿情况下沿器件右侧电流阻挡层左边缘的纵向电场分布进行仿真，结果如图4；对传统gan基电流孔径异质结场效应器件和本发明器件在击穿情况下沿器件漂移层右侧边缘的纵向电场分布进行仿真，结果如图5；在图4和图5中，传统器件击穿电压为400v，本发明器件采用了4个浮空场板，器件的击穿电压为1410v。

结合图4和图5所示的纵向电场分布可以明显地看出，采用二级阶梯形式的电流阻挡层后，本发明器件结构可以更加有效地调制器件内部和漂移层两侧表面附近的电场分布，增加器件内高场区的范围，且使得器件内部和漂移层两侧表面附近的电场分布更加平坦，因此本发明器件的击穿电压远大于传统器件的击穿电压。

以上描述仅是本发明的几个具体实施例，并不构成对本发明的限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，能够在不背离本发明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。