基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径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，特别是基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件，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基电流孔径异质结晶体管，也是一种氮化镓基异质结电流孔径器件，参见algan/gancurrentapertureverticalelectrontransistors,ieeedeviceresearchconference,pp.31-32,2002。gan基电流孔径异质结晶体管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基电流孔径异质结晶体管中，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电流孔径异质结晶体管，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晶体管，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基电流孔径异质结晶体管获得授权，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基电流孔径异质结晶体管，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。

传统gan基电流孔径异质结晶体管是基于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上面的两侧淀积有源极9，源极9之间的势垒层7上淀积有栅极10，源极9下方通过注入形成两个注入区8，衬底1下面淀积有欧姆漏极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基电流孔径异质结晶体管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基电流孔径异质结晶体管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基电流孔径异质结晶体管，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基电流孔径异质结晶体管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。

随着应用领域的扩展，在电动汽车、s类功率放大器、功率管理系统等许多技术领域中，为了有效地实现功率转换和控制，迫切需要具有双向阻断能力的高性能功率器件，即器件不仅要有很强的正向阻断能力，即正向击穿电压，还要同时具有很强的反向阻断能力，也就是希望器件在关态下具有很高的负的漏极击穿电压，即反向击穿电压。而现有的传统gan基电流孔径异质结晶体管均采用欧姆漏极，当器件漏极施加非常低的反向电压时，器件中的电流阻挡层便会失效，形成很大的漏源泄漏电流，而且随着漏极反向电压的增加，器件栅极也会正向开启，并通过很大栅电流，最终导致器件失效。因此，现有的传统gan基电流孔径异质结晶体管均无法实现反向阻断功能。

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，提供一种基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件及其制作方法，以提高器件的正向击穿电压和反向击穿电压，并实现正向击穿电压和反向击穿电压的可持续增加，改善器件的击穿特性。

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

一种基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件，包括：衬底1、漂移层4、孔径层5、左右两个对称的电流阻挡层6、沟道层8和势垒层9，衬底1的下部设有肖特基漏极13，势垒层9上的两侧淀积有两个源极11，两个源极11下方通过离子注入形成两个注入区10，源极之间的势垒层上淀积有栅极12，两个对称的电流阻挡层6之间形成孔径7，其特征在于：

所述衬底1与漂移层4之间，设有两个采用p型gan材料的柱形结构，即两个p柱2和一个采用n型gan材料的柱形结构，即n柱3，且两个p柱2位于n柱3的左右两侧，每个p柱2的厚度与n柱3的厚度相同。

二、制作方法

本发明制作基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件的方法，包括如下过程：

a.制作衬底1：

采用掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3、厚度u为3～30μm、宽度为2～20μm的n型gan材料做衬底1；

b.制作p柱2和n柱3；

b1)在衬底1上部第一次外延一层厚度h1为5～10μm、掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型gan材料，并在该层n型gan材料上制作掩模，利用该掩模在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的两个p型掺杂的第一区，该两个第一区的厚度hp1为5～10μm，宽度wp1为0.5～5μm，且hp1＝h1；

b2)在步骤b1)外延的n型gan材料上部和两个第一区上部，第二次外延一层厚度h2为5～10μm、掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型gan材料，并在该层n型gan材料上制作掩模，利用该掩模在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的两个p型掺杂的第二区，该两个第二区的厚度hp2为5～10μm，宽度wp为0.5～5μm，h2＝hp2；

b3)在步骤b2)外延的n型gan材料上部和两个第二区上部，第三次外延一层厚度h3为5～10μm、掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型gan材料，并在该层n型gan材料上制作掩模，利用该掩模在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的两个p型掺杂的第三区，hp3为5～10μm，宽度wp为0.5～5μm，h3＝hp3；

b4)依次类推……，在前一次外延的n型gan材料上部和前一步骤形成的两个第m-1区上第m次外延一层厚度hm为5～10μm、掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型gan材料，并在该层n型gan材料上制作掩模，利用该掩模在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3、厚度hpm为5～10μm、宽度wp为0.5～5μm的两个p型掺杂的第m区，且hm＝hpm，m为大于零的整数并根据实际制作工艺确定；

至此，步骤b中左侧的第一区、第二区、第三区至第m区共同形成左侧的左p柱2，右侧的第一区、第二区、第三区至第m区共同形成右侧的右p柱2，每个p柱2的宽度为wp，即为0.5～5μm，厚度h满足：h＝hp1+hp2+…+hpm，其取值为5～40μm；

步骤b中所有外延的gan材料中未进行p型掺杂的部分形成整体的n柱3，该n柱3的厚度与p柱2的厚度h相同，宽度wn＝2wp；

c.在n柱3和两个p柱2的上部外延n型gan半导体材料，形成厚度l为3～25μm、掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10¹⁷cm^-3的漂移层4；

d.在漂移层4的上部外延n型gan半导体材料，形成厚度为0.5～2μm、掺杂浓度为1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3的孔径层5；

e.在孔径层5上制作掩模，利用该掩模在孔径层内的两侧位置注入p型杂质，以制作厚度与孔径层厚度相同、宽度a为0.5～8μm、p型杂质的掺杂浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3的电流阻挡层6，两个对称的电流阻挡层6之间形成孔径7；

f.在两个电流阻挡层6和它们之间的孔径7上部外延gan半导体材料，形成厚度为0.04～0.2μm的沟道层8；

g.在沟道层8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9；

h.在势垒层9的上部制作掩模，利用该掩模在势垒层内的两侧位置注入n型杂质，以制作掺杂浓度为1×10¹⁹～1×10²¹cm^-3的注入区10，其中，两个注入区的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；

i.在势垒层9和注入区10的上部制作掩模，利用该掩模在两个注入区上部淀积金属，以制作源极11；

j.在势垒层9上部以及源极11上部制作掩模，利用该掩模在两个源极之间的势垒层9上淀积金属，以制作栅极12，栅极12与两个电流阻挡层6之间均存在水平方向上的交叠，交叠长度大于0μm；

k.在衬底1的背面上淀积金属，以制作肖特基漏极13，完成整个器件的制作。

本发明器件与传统gan基电流孔径异质结晶体管比较，具有以下优点：

1.实现正向击穿电压的持续增加。

本发明由于在电流阻挡层与衬底之间设有p柱和n柱，该p柱和n柱即本发明的悬浮超结结构，相比于现有的超结结构，在正向阻断情况时，p柱、n柱及漂移层均会形成耗尽区，即高场区，因此本发明器件结构可以有效调制正向阻断时器件内电场分布，提高器件的正向击穿电压。

在正向阻断情况下，通过增加p柱的厚度，由p柱、n柱及漂移层所形成的耗尽区的面积可以持续显著增加，并通过优化本发明器件结构可使得器件中漂移层、p柱、n柱中各处电场峰值近似相等，且小于gan基宽禁带半导体材料的击穿电场，从而可实现正向击穿电压的持续增加。

2.实现反向击穿电压的持续增加。

本发明由于采用了肖特基漏极，使得器件漏极可以承受反向电压。在此基础上，本发明由于在电流阻挡层与衬底之间设有p柱和n柱，相比于现有的超结结构，该p柱、n柱与肖特基漏极有机结合后，在反向阻断情况时，p柱、n柱及衬底均会形成耗尽区，可以有效调制反向阻断时器件内电场分布，提高了器件的反向击穿电压；同时，在反向阻断情况下，通过增加p柱的厚度，由p柱、n柱及衬底形成的耗尽区的面积可以持续显著增加，并通过优化本发明器件结构可使得器件衬底、漂移层、p柱、n柱中各处电场峰值近似相等，且小于gan基宽禁带半导体材料的击穿电场，从而可实现反向击穿电压的持续增加。

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基电流孔径异质结晶体管的结构图；

图2是本发明基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件的结构图；

图3是本发明制作基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件的流程图；

图4是本发明中制作n柱和两个p柱的示意图；

图5是对传统gan基电流孔径异质结晶体管和本发明器件仿真所得的正向阻断情况时二维电场分布图；

图6是沿图5中各器件的左侧电流阻挡层右边缘的纵向一维电场分布图；

图7是本发明器件仿真所得的反向阻断情况时二维电场分布图和器件左侧p柱的右边缘附近的纵向一维电场分布图。

具体实施方式

参照图2，本发明基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件是基于gan基宽禁带半导体异质结结构的改进，其包括：衬底1、漂移层4、孔径层5、左右两个对称的电流阻挡层6、沟道层8和势垒层9，该势垒层9上面两侧淀积有源极11，两个源极11下方设有通过离子注入形成的注入区10，源极11之间的势垒层上淀积有栅极12，两个对称的阻挡层6之间形成孔径5，衬底1下方设有肖特基漏极13，其中：

所述衬底1，采用n型gan材料，且掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3，衬底1的厚度u为3～30μm，宽度为2～20μm，衬底1的上方设有一个n柱3和两个对称的p柱2，且两个p柱2位于n柱3的两侧；

所述两个p柱2，采用p型gan材料，其掺杂浓度为5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3；每个p柱2的厚度h为5～40μm，宽度wp为0.5～5μm；

所述n柱3，位于两个p柱2之间，采用n型gan材料，其掺杂浓度范围与p柱相同，n柱3与p柱2具有相同的厚度，宽度wn为p柱2宽度wp的两倍，即wn＝2wp；

所述漂移层4，位于n柱3与p柱2的上部，采用n型gan材料，其掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10¹⁷cm^-3，厚度l为3～25μm；

所述孔径层5，位于漂移层4的上部，采用n型gan材料，其厚度为0.5～2μm，掺杂浓度为1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3；

所述电流阻挡层6，位于孔径层5内的两侧，采用p型gan材料，其厚度为0.5～2μm，宽度a为0.5～8μm，p型杂质的掺杂浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3；

所述沟道层8，位于两个电流阻挡层6和孔径7上部，采用n型gan材料，其厚度为0.04～0.2μm；

所述势垒层9，位于沟道层8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；

所述栅极12，其与两个电流阻挡层6之间均存在水平方向上的交叠，交叠长度大于0μm；

所述肖特基漏极13，采用肖特基结构，位于衬底1下面，该肖特基漏极13采用功函数大于4.5ev的金属。

参照图3，本发明制作基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件的过程，给出如下三种实施例：

实施例一：制作p柱高为5μm的基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件。

步骤1.制作衬底1，如图3a。

采用掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3、厚度u为3μm、宽度为2μm的n型gan材料做衬底1；

步骤2.制作p柱2和n柱3，如图3b。

参照图5，本步骤的具体实现如下：

2.1)使用金属有机物化学气相淀积技术，在衬底1上第一次外延一层厚度h1为5μm、掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3的n型gan材料；

2.2)在步骤2.1)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层的n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3、厚度hp1为5μm、宽度wp为0.5μm的两个p型掺杂第一区；

至此，步骤2中左侧的第一区形成左侧的左p柱2，右侧的第一区形成右侧的右p柱2，每个p柱2的宽度wp为0.5μm，厚度h为5μm；步骤2所有外延的gan材料中未进行p型掺杂的部分形成整体的n柱3，该n柱3的厚度为5μm，宽度wn为1μm；

金属有机物化学气相淀积技术的工艺条件为：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.制作漂移层4，如图3c。

使用金属有机物化学气相淀积技术，在两个p柱2和n柱3上的部外延厚度l为3μm、掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3的n^-型gan材料，形成漂移层4，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4.在漂移层上外延n型gan，形成孔径层5，如图3d。

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1×10¹⁶cm^-3的n型gan材料，形成孔径层5，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5.制作电流阻挡层6，如图3e。

5.1)在孔径层5上制作一次掩模；

5.2)使用离子注入技术，在孔径层内的两侧位置注入p型杂质mg，形成厚度为0.5μm，宽度a为0.5μm，p型杂质掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3的两个电流阻挡层6，两个对称的电流阻挡层6之间形成孔径7。

步骤6.外延gan材料制作沟道层8，如图3f。

使用分子束外延技术，在两个电流阻挡层6和孔径7的上部外延厚度为0.04μm的gan材料，形成沟道层8；

所述分子束外延技术，其工艺条件为：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7.外延al0.5ga0.5n，制作势垒层9，如图3g。

使用分子束外延技术在沟道层8上外延厚度为5nm的al0.5ga0.5n材料，形成势垒层9，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8.制作左、右两个注入区10，如图3h。

8.1)在势垒层9上部制作掩模；

8.2)使用离子注入技术，在势垒层内的两侧注入n型杂质si，以形成深度为0.01μm，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3的注入区10；

8.3)在1200℃温度下进行快速热退火。

步骤9.制作源极11，如图3i。

9.1)在两个注入区10上部和势垒层9上部制作掩模；

9.2)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11，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10.制作栅极12，如图3j。

10.1)在源极11上部和源极之间的势垒层9上部制作掩模；

10.2)使用电子束蒸发技术，在源极之间的势垒层9上依次淀积金属ni、au、ni，形成栅极12，其中：所淀积的金属厚度自下而上，ni为0.02μm、au为0.2μm、ni为0.04μm；

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11.制作肖特基漏极13，如图3k。

使用电子束蒸发技术，在整个衬底1的背面淀积ni金属，形成肖特基漏极13，其中：ni的厚度为0.7μm，完成整个器件的制作。

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

实施例二：制作p柱高为25μm的基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件。

第一步.制作衬底1，如图3a。

采用掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3、厚度u为15μm、宽度为12μm的n型gan材料做衬底1；

第二步.制作p柱2和n柱3，如图3b。

参照图5，本步骤的具体实现如下：

2.1)使用金属有机物化学气相淀积技术，在衬底1上第一次外延一层厚度h1为8μm、掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3的n型gan材料；

2.2)在步骤2.1)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层的n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3、厚度hp1为8μm、宽度wp为3μm的两个p型掺杂第一区；

2.3)在步骤2.1)外延的n型gan材料上部和两个第一区上部第二次外延一层厚度h2为8μm、掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3的n型gan材料；

2.4)在步骤2.3)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3、厚度hp2为8μm、宽度wp为3μm的两个p型掺杂的第二区；

2.5)在步骤2.3)外延的n型gan材料上部和两个第二区上部第三次外延一层厚度h3为9μm、掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3的n型gan材料；

2.6)在步骤2.5)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3、厚度hp3为9μm、宽度wp为3μm的两个p型掺杂的第三区；

至此，第二步中左侧的第一区、第二区和第三区共同形成左侧的左p柱2，右侧的第一区、第二区和第三区共同形成右侧的右p柱2，每个p柱2的宽度wp为3μm，厚度h＝hp1+hp2+hp3，即25μm，第二步中所有外延的gan材料中未进行p型掺杂的部分形成整体的n柱3，该n柱3的厚度为25μm，宽度wn为6μm；

金属有机物化学气相淀积技术的工艺条件为：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。

第三步.制作漂移层4，如图3c。

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，使用金属有机物化学气相淀积技术，在两个p柱2和n柱3的上部外延厚度l为12μm、掺杂浓度为9×10¹⁶cm^-3的n型gan材料，形成漂移层4。

第四步.在漂移层上外延n型gan，形成孔径层5，如图3d。

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，使用金属有机物化学气相淀积技术，在漂移层4上外延厚度为1.1μm、掺杂浓度为1.1×10¹⁷cm^-3的n型gan材料，形成孔径层5。

第五步.制作电流阻挡层6，如图3e。

5a)在孔径层5上制作一次掩模；

5b)使用离子注入技术，在孔径层内的两侧位置注入p型杂质mg，形成厚度为1.1μm，宽度a为5μm、掺杂浓度为3×10¹⁸cm^-3的两个电流阻挡层6，两个对称的电流阻挡层6之间形成孔径7。

第六步.外延gan材料制作沟道层8，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源的工艺条件下，使用分子束外延技术，在两个电流阻挡层6和孔径7的上部外延厚度为0.15μm的gan材料，形成沟道层8。

第七步.外延al0.3ga0.2n，制作势垒层9，如图3g。

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源工艺条件下，使用分子束外延技术在沟道层8上外延厚度为15nm的al0.3ga0.2n材料，形成势垒层9。

第八步.制作左、右两个注入区10，如图3h。

8a)在势垒层9上部制作掩模；

8b)使用离子注入技术，在势垒层内的两侧注入n型杂质si，形成深度为0.02μm，掺杂浓度为9×10¹⁹cm^-3的注入区10；

8c)在1200℃温度下进行快速热退火。

第九步.制作源极11，如图3i。

9a)在两个注入区10上部和势垒层9上部制作掩模；

9b)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于工艺条件下，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，形成源极11，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。

第十步.制作栅极12，如图3j。

10a)在源极11和势垒层9的上部制作掩模；

10b)在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于工艺条件下，使用电子束蒸发技术，在帽层10上依次淀积金属ni、au、ni，形成栅极12，其中：所淀积的金属厚度自下而上，ni为0.02μm、au为0.2μm、ni为0.04μm，栅极12与两个电流阻挡层6之间在水平方向上的交叠长度为0.5μm。

第十一步.制作肖特基漏极13，如图3k。

在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于工艺条件下，使用电子束蒸发技术，在整个衬底1的背面淀积pt金属，形成肖特基漏极13，其中：pt的厚度为0.7μm，完成整个器件的制作。

实施例三：制作p柱高为40μm的基于悬浮超结的氮化镓基异质结电流孔径器件。

步骤a.制作衬底1，如图3a。

采用掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3、厚度u为30μm、宽度为20μm的n型gan材料做衬底1；

步骤b.制作p柱2和n柱3，如图3b。

参照图5，本步骤的具体实现如下：

b1)使用金属有机物化学气相淀积技术，在衬底1上第一次外延一层厚度h1为10μm、掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3的n型gan材料；

b2)在步骤b1)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层的n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3、厚度hp1为10μm、宽度wp为5μm的两个p型掺杂第一区；

b3)在步骤b1)外延的n型gan材料上部和两个第一区上部第二次外延一层厚度h2为10μm、掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3的n型gan材料；

b4)在步骤b3)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3、厚度hp2为10μm、宽度wp为5μm的两个p型掺杂的第二区；

b5)在步骤b3)外延的n型gan材料上部和两个第二区上部第三次外延一层厚度h3为10μm、掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3的n型gan材料；

b6)在步骤b5)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3、厚度hp3为10μm、宽度wp为5μm的两个p型掺杂的第三区；

b7)在步骤b5)外延的n型gan材料上部和两个第三区上部第四次外延一层厚度h4为10μm、掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3的n型gan材料；

b8)在步骤b7)外延的n型gan材料上制作掩模，再使用离子注入技术在该层n型gan材料内的两侧位置注入p型杂质，以形成平均掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3、厚度hp4为10μm、宽度wp为5μm的两个p型掺杂的第四区；

至此，在步骤b中左侧的第一区、第二区、第三区和第四区共同形成左侧的左p柱2，右侧的第一区、第二区、第三区和第四区共同形成右侧的右p柱2，每个p柱2的宽度wp为5μm，厚度h＝hp1+hp2+hp3+hp4，即40μm，步骤b中所有外延的gan材料中未进行p型掺杂的部分形成整体的n柱3，该n柱3的厚度为40μm，宽度wn为10μm；

金属有机物化学气相淀积技术的工艺条件为：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c.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，在两个p柱2上部和n柱3上部外延厚度l为25μm、掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3的n型gan材料，形成漂移层4，如图3c。

步骤d.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4上外延厚度为2μm、掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3的n型gan材料，形成孔径层5，如图3d。

步骤e.先在孔径层5上制作一次掩模，再使用离子注入技术，在孔径层内的两侧位置注入p型杂质mg，形成厚度为2μm，宽度a为8μm，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3的两个电流阻挡层6，两个对称的电流阻挡层6之间形成孔径7，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源的工艺条件，使用分子束外延技术，在两个电流阻挡层6和孔径7的上部外延厚度为0.2μm的gan材料，形成沟道层8，如图3f。

步骤g.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8上外延厚度为50nm的al0.1ga0.9n材料，形成势垒层9，如图3g。

步骤h.先在势垒层9的上部制作掩模，再使用离子注入技术，在势垒层内的两侧注入n型杂质si，形成深度为0.06μm、掺杂浓度为1×10²¹cm^-3的注入区10，最后在1200℃温度下进行快速热退火，如图3h。

步骤i.先在两个注入区10上部和势垒层9上部制作掩模，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，在两个注入区上部淀积ti/au/ni组合金属，形成源极11，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，如图3i。

步骤j.先在源极11和势垒层9的上部制作掩模，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，在源极之间的势垒层9上依次淀积金属ni、au、ni，形成栅极12，其中：所淀积的金属厚度自下而上，ni为0.02μm、au为0.2μm、ni为0.04μm，如图3j。

步骤k.先在衬底1的背面制作掩模，再采用真空度小于1.8×10^-3pa，功率范围为200～1000w，蒸发速率小于工艺条件，使用电子束蒸发技术在整个衬底1的背面依次淀积ni、au金属，形成肖特基漏极13，其中：ni的厚度为0.05μm、au的厚度为0.7μm，完成整个器件的制作，如图3k。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明。

仿真1：对传统gan基电流孔径异质结晶体管和本发明器件在正向阻断情况时的二维电场分布进行仿真，结果如图5，其中图5(a)为传统器件，其正向击穿电压为630v，图5(b)为本发明器件，其正向击穿电压为1890v。

由图5(a)可以看出，正向阻断情况时，传统器件中电场强度分布极不均匀，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出现了极高的电场峰值，从而引起器件过早击穿，器件的击穿电压仅为630v。而从图5(b)可以看出，正向阻断情况时，本发明器件中电场分布更加均匀，且由p柱、n柱及漂移层所形成的耗尽区的面积很大，可以承受更高的正向击穿电压，器件的击穿电压可以高达1890v。结合图6所示的纵向一维电场分布可以更加明显的看出，本发明器件结构可以更加有效地调制正向阻断时器件内电场分布，提高了器件内部电场数值，且使得器件内部电场分布更加平坦，因此，本发明器件的正向阻断能力明显强于传统器件的正向阻断能力。

仿真2：对本发明器件的反向阻断特性进行仿真，结果如图7，其中图7(a)为反向阻断情况时的二维电场分布图，图7(b)为器件左侧p柱的右边缘附近的纵向一维电场分布图。

由图7(a)可以看出，由于采用了悬浮超结结构，在-2874v的反向阻断状态下，本发明器件内部的高场区面积较大，且结合图7(b)可见，本发明器件中的电场分布很均匀，说明本发明器件可以有效实现反向阻断功能。

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。