基于阻挡块调制结构的功率晶体管及其制作方法

1.本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种功率晶体管，可用作电力电子系统的基本器件。
技术背景
2.当前，高性能、高可靠性的功率晶体管已成为高性能、智能化电力电子系统的核心部件，对我国实现节能减排和绿色发展战略发挥着举足轻重的作用。然而，传统硅基功率晶体管其性能已趋近理论极限，很难满足下一代高性能电力电子系统对高温、高压、高频、高效和高功率密度的迫切要求。而基于p型帽层gan基异质结结构的增强型高电子迁移率晶体管，即氮化镓基功率晶体管，可实现更低导通电阻、更快开关速度、更高功率密度等优异特性，有助于大大提升电力电子系统的性能和可靠性，显著减小功耗。因此，大力研发高性能、高可靠性氮化镓基功率晶体管是助力我国实现“碳达峰和碳中和”战略目标的有效举措之一。
3.传统氮化镓基功率晶体管是基于gan基异质结结构，其包括：衬底1、过渡层2、沟道层3、势垒层4、p-gan栅5、漏极6、源极7、栅金属8；势垒层4上部左侧淀积有漏极6，势垒层4上部右侧淀积有源极7，势垒层4上部中间部分淀积有p-gan栅5，p-gan栅5上部淀积有栅金属8，如图1所示。这种传统氮化镓基功率晶体管由于受到材料外延技术与器件制造工艺水平的限制，晶体管表面和体内会产生大量的缺陷，这些缺陷的存在会俘获电荷，从而导致严重的电流崩塌问题，进一步衰减器件的可靠性和功率特性，参见effects of hole traps on the temperature dependence of current collapse in a normally-off gate-injection transistor,japanese journal of applied physics,55(5),2016。
4.采用场板技术的氮化镓基功率晶体管通过改变栅极与漏极之间场板的分布与结构，调制耗尽区的电场分布，拓展耗尽区宽度，从而可以有效抑制缺陷充放电，抑制器件开关工作时的电流崩塌，同时提高器件的击穿电压，参见improved current collapse in algan/gan mos-hemts with dual field-plates,2018ieee international meeting for future of electron devices,kansai(imfedk),pp.1-2,2018。但采用场板技术会引起寄生电容，从而衰减器件频率特性，此外，场板结构还会增加器件制造工艺复杂度，降低制造成品率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于阻挡块调制结构的功率晶体管及其制作方法，以有效改善器件导通特性，抑制电流崩塌，显著减小器件功耗，提升器件的击穿电压、可靠性和功率开关特性。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：
7.技术方案一：
8.1.一种基于阻挡块调制结构的凹槽型功率晶体管，自下而上包括：衬底1、过渡层
2、沟道层3和势垒层4，势垒层4上部设有p型块5，p型块5上部淀积有栅极11，势垒层4的上部左、右侧边缘分别设有漏极8和源极9，其特征在于：
9.所述p型块5与漏极8之间的势垒层4上设有阻挡块阵列6，该阻挡块阵列6由m个大小相同且等间距平行排列的回型阻挡块构成，m≥1，所有回型阻挡块中均设有方形槽，这些方形槽组成了调制槽7；
10.所述沟道层3或势垒层4内部设有凹槽12，该凹槽12由m个大小相同等间距平行排列的深槽构成，这些深槽均位于m个回型阻挡块左侧的沟道层3或势垒层4中；
11.所述凹槽12内设有块金属10，该块金属10包括m个大小相同的倒l型金属条，这些倒l型金属条的垂直部分下侧均位于凹槽12内部，倒l型金属条垂直部分右侧紧靠阻挡块阵列6中的m个回型阻挡块左侧，倒l型金属条水平部分位于m个回型阻挡块和调制槽7中的m个方形槽上部。
12.2.一种制作上述凹槽型功率晶体管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
13.a)在衬底1上外延gan基宽禁带半导体材料，形成过渡层2；
14.b)在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3；
15.c)在沟道层3上外延gan基宽禁带半导体材料，形成厚度为a的势垒层4；
16.d)在势垒层4上外延p型半导体材料，形成厚度为5～500nm、掺杂浓度为5
×
10
15
～1
×
10
22
cm-3
的p型层；
17.e)在p型层上第一次制作掩膜，利用该掩膜对p型层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4的上表面为止，形成厚度为5～500nm的p型块5和p型块5左侧m个大小相同且等间距平行排列的回型阻挡块，这m个回型阻挡块共同组成了阻挡块阵列6，每个回型阻挡块中的方形槽大小相同，该m个方形槽共同组成了调制槽7，m≥1；
18.f)在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩膜，利用该掩膜在阻挡块阵列6中的m个回型阻挡块左侧，对势垒层4与沟道层3分别进行刻蚀，形成m个深槽构成的凹槽12；
19.g)在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7和凹槽12上第三次制作掩模，利用该掩膜在左右两侧的势垒层4上部淀积金属，并在n2气氛中进行快速热退火，完成漏极8和源极9的制作；
20.h)在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和凹槽12上第四次制作掩膜，利用该掩膜在阻挡块阵列6上部、调制槽7上部和凹槽12中淀积金属，并在n2气氛中进行快速热退火形成块金属10；
21.i)在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和块金属10上第五次制作掩膜，利用该掩膜在p型块5上部淀积金属，形成栅极11，完成整个器件的制作。
22.技术方案二：
[0023]ⅰ.一种基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管，自下而上包括：衬底1、过渡层2、沟道层3和势垒层4，势垒层4上部设有p型块5，p型块5上部淀积有栅极11，势垒层4的上部左、右侧边缘分别设有漏极8和源极9，其特征在于：
[0024]
所述p型块5与漏极8之间的势垒层4上设有阻挡块阵列6，该阻挡块阵列6由m个大小相同且等间距平行排列的回型阻挡块构成，m≥1，所有回型阻挡块中均设有方形槽，这些方形槽组成了调制槽7；
[0025]
所述势垒层4、阻挡块阵列6和调制槽7上部设有块金属10，该块金属10包括m个大小相同的倒l型金属条，这些倒l型金属条的垂直部分下侧位于势垒层4上部，垂直部分右侧紧靠阻挡块阵列6中的m个回型阻挡块左侧，倒l型金属条水平部分位于m个回型阻挡块和m个方形槽上部。
[0026]ⅱ.一种制作上述平面型功率晶体管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0027]
第一步，在衬底1上外延gan基宽禁带半导体材料，形成过渡层2；
[0028]
第二步，在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3；
[0029]
第三步，在沟道层3上外延gan基宽禁带半导体材料，形成厚度为a的势垒层4；
[0030]
第四步，在势垒层4上外延p型半导体材料，形成厚度为5～500nm、掺杂浓度为5
×
10
15
～1
×
10
22
cm-3
的p型层；
[0031]
第五步，在p型层上第一次制作掩膜，利用该掩膜对p型层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4的上表面为止，形成厚度为5～500nm的p型块5和p型块5左侧m个大小相同且等间距平行排列的回型阻挡块，这m个回型阻挡块共同组成了阻挡块阵列6，每个回型阻挡块中的方形槽大小相同，这m个方形槽共同组成了调制槽7，m≥1；
[0032]
第六步，在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩模，利用该掩膜在左、右两侧的势垒层4上部淀积金属，并在n2气氛中进行快速热退火，完成漏极8和源极9的制作；
[0033]
第七步，在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8和源极9上第三次制作掩膜，利用该掩膜在势垒层4、阻挡块阵列6和调制槽7上部淀积金属，并在n2气氛中进行快速热退火形成块金属10；
[0034]
第八步，在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和块金属10上第四次制作掩膜，利用该掩膜在p型块5上部淀积金属，形成栅极11，完成整个器件的制作。
[0035]
本发明器件与传统氮化镓基功率晶体管比较，具有以下优点：
[0036]
第一，能调制沟道电阻，改善导通特性，提升击穿电压。
[0037]
本发明器件中由于将块金属置于凹槽中或势垒层表面，使得退火处理后块金属会与接触的半导体间形成合金，且每个回型阻挡块均可通过块金属连接到器件内部的二维电子气，可使块金属电势介于器件栅极电势与漏极电势之间，且当器件栅极与漏极之间的电势差增加或减小时，该块金属的电势会通过与其相接触的二维电子气而相应的增加或减小，因而在器件导通工作时，该回型阻挡块与其下方势垒层4构成的pn结二极管处于正向偏置状态，会有大量空穴进入器件内部，进而在势垒层4与沟道层3之间的异质结沟道中吸引相当多的电子，显著降低了器件的沟道电阻，改善了器件的导通特性，同时减小了通态损耗；在器件阻断工作时，该回型阻挡块与其下方势垒层4构成的pn结二极管可处于反向偏置状态，从而可以将栅极附近半导体层中的耗尽区进一步扩展至回型阻挡块与漏极之间，可进一步调制栅极与漏极之间半导体层中的电场分布与强度，促使器件半导体层中的电场趋近均匀化分布，从而显著提升器件的击穿电压。
[0038]
第二，能调制陷阱行为，抑制电流崩塌。
[0039]
本发明由于在势垒层4上部设置了回型阻挡块，在器件由关态切换到开态过程中，每个回型阻挡块与其下方势垒层4构成的pn结二极管会转换为正向偏置状态，该pn结会注入大量空穴进入器件内部，从而调制器件中陷阱行为，抑制陷阱充放电，因此可以有效抑制
电流崩塌现象。
[0040]
第三，工艺简单，成品率高。
[0041]
本发明器件中由于各回型阻挡块与p型块是通过同一步刻蚀工艺实现的，因此本发明器件可以在确保器件具有良好可靠性和输出功率特性的基础上，简化制造工艺，降低制造成本，提高成品率。
附图说明
[0042]
图1是传统氮化镓基功率晶体管的结构图；
[0043]
图2是本发明基于阻挡块调制结构的凹槽型功率晶体管结构图；
[0044]
图3是本发明基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管结构图；
[0045]
图4是图2和图3功率晶体管的俯视图；
[0046]
图5是图2和图3中的回型阻挡块及方形槽的俯视图；
[0047]
图6是图2和图3中的倒l型金属条的剖面图；
[0048]
图7是本发明制备图2的整体流程示意图；
[0049]
图8是本发明制备图3的整体流程示意图；
[0050]
图9是对本发明器件仿真所得的电流崩塌特性曲线图。
具体实施方式
[0051]
以下结合附图对本发明的实施例和效果作进一步详细描述。
[0052]
本实例给出器件的两种结构及各自的制作方法，即基于阻挡块调制结构的凹槽型功率晶体管和基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管及其制作方法。
[0053]
参照图2、图4、图5和图6，本实例给出的基于阻挡块调制结构的凹槽型功率晶体管包括：衬底1、过渡层2、沟道层3、势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9、块金属10、栅极11、凹槽12。其中：
[0054]
所述过渡层2位于衬底1的上部，其由gan基宽禁带半导体材料组成；
[0055]
所述沟道层3位于过渡层2的上部，其由gan材料构成；
[0056]
所述势垒层4位于沟道层3的上部，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5nm～100nm；
[0057]
所述p型块5位于势垒层4的上部，其厚度为5nm～500nm，掺杂浓度为5
×
10
15
cm-3
～1
×
10
22
cm-3
；
[0058]
所述阻挡块阵列6位于势垒层4的上部、p型块5的左侧，其由m个大小相同且等间距平行排列的回型阻挡块构成，第1个回型阻挡块与器件上边界的距离为k1，第m个回型阻挡块与器件下边界的距离为k3，相邻两个回型阻挡块的间距均为k2，其中k1、k2、k3均大于0μm；这m个回型阻挡块的外环长度b均为0.012μm～1000μm，外环宽度c均为0.012μm～1000μm，各回型阻挡块的厚度与p型块5的厚度相同，掺杂浓度也与p型块5的掺杂浓度相同；
[0059]
所述调制槽7由位于阻挡块阵列6中每个回型阻挡块内的方形槽构成，共有m个，各方形槽大小相同，方形槽长度均为e，方形槽宽度均为f，且各方形槽的几何中心与其相应的回型阻挡块的几何中心分别重合，各个方形槽的上边界、下边界均与其相应的回型阻挡块的上边界、下边界平行，且b-e≥10nm，c-f≥10nm；
[0060]
所述凹槽12由m个深槽构成，这些深槽分别位于m个回型阻挡块左侧的沟道层3或势垒层4中，其深度均为h，其中h》0μm；
[0061]
所述漏极8与源极9位于势垒层4上部的左、右两侧，与势垒层4为欧姆接触；
[0062]
所述块金属10由m个大小相同的倒l型金属条组成，这些倒l型金属条的垂直部分下侧均位于凹槽12内部，倒l型金属条垂直部分右侧紧靠阻挡块阵列6中的m个回型阻挡块左侧，倒l型金属条水平部分位于m个回型阻挡块和m个方形槽上部；每个倒l型金属条的宽度均为w，且均关于垂直于对应的回型阻挡块上表面并平行于该回型阻挡块上边界及穿过该回型阻挡块几何中心的平面对称，其中c≥w》0μm，c为各回型阻挡块的外环宽度；每个倒l型金属条，其垂直部分的左侧与m个回型阻挡块的左侧之间的距离d为0.05μm～5μm，其水平部分右侧与m个回型阻挡块的左侧之间的距离为r，且满足b≥r》(b-e)/2，其中b为各回型阻挡块的外环长度，e为回型阻挡块中方形槽的长度；
[0063]
所述栅极11位于p型块5的上部，其长度小于p型块5的长度。
[0064]
参照图7，本发明制备的基于阻挡块调制结构的凹槽型功率晶体管给出如下三种实施例。
[0065]
实施例一：在蓝宝石衬底上制作势垒层4厚度为5nm，回型阻挡块数目为两个，p型块与回型阻挡块掺杂浓度均为1
×
10
22
cm-3
、厚度均为5nm，回型阻挡块外环长度b为360μm，宽度c为300μm，凹槽12深度h为12nm，方形槽长度e和宽度f分别为300μm和240μm的基于阻挡块调制结构的凹槽型功率晶体管。
[0066]
步骤1.在蓝宝石衬底1上外延gan材料制作过渡层2，如图7a。
[0067]
使用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底1上外延厚度为30nm的gan材料，形成过渡层2；其工艺条件为：温度为500℃，压强为46torr，氢气流量为4300sccm，氨气流量为4300sccm，镓源流量为21μmol/min。
[0068]
步骤2.在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3，如图7b。
[0069]
使用金属有机物化学气相淀积技术在过渡层2上外延厚度为0.47μm的gan材料，形成未掺杂的沟道层3；其工艺条件为：温度为960℃，压强为45torr，氢气流量为4400sccm，氨气流量为4400sccm，镓源流量为120μmol/min。
[0070]
步骤3.在未掺杂的沟道层3上淀积al
0.3
ga
0.7
n制作势垒层4，如图7c。
[0071]
使用金属有机物化学气相淀积技术在沟道层3上淀积厚度为5nm，且铝组分为0.3的未掺杂al
0.3
ga
0.7
n势垒层4；其工艺条件为：温度为990℃，压强为44torr，氢气流量为4400sccm，氨气流量为4400sccm，镓源流量为35μmol/min，铝源流量为7μmol/min。
[0072]
步骤4.在势垒层4上制作p型层。
[0073]
使用金属有机物化学气相淀积技术，在势垒层4上外延厚度为5nm、掺杂浓度为1
×
10
22
cm-3
的p型gan，形成p型gan层，如图7d。
[0074]
外延采用的工艺条件是：温度为950℃，压强为40torr，氢气流量为4000sccm，以高纯mg源为掺杂剂，氨气流量为4000sccm，镓源流量为100μmol/min。
[0075]
步骤5.对p型层进行刻蚀，形成p型块5、阻挡块阵列6与调制槽7。
[0076]
在p型gan层上第一次制作掩膜，利用该掩膜使用反应离子刻蚀技术对p型gan层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4的上表面为止，形成厚度为5nm的p型块5和p型块5左侧两个大小相同的回型阻挡块，其中：第1个回型阻挡块与器件上边界的距离为k1，第2个回型阻挡块与器
件下边界的距离为k3，这两个回型阻挡块的间距为k2，k1、k2、k3均大于0μm，这两个回型阻挡块共同构成了阻挡块阵列6；
[0077]
每个回型阻挡块中均设置有方形槽，各方形槽大小相同，长度e均为300μm，宽度f均为240μm，且各方形槽的几何中心与其相应的回型阻挡块的几何中心分别重合，各个方形槽的上边界、下边界均与其对应的回型阻挡块的上边界、下边界平行；这两个方形槽共同组成了调制槽7；如图7e。
[0078]
刻蚀采用的工艺条件为：cl2流量为15sccm，压强为10mtorr，功率为100w。
[0079]
步骤6.在势垒层4与沟道层3上刻蚀形成凹槽12。
[0080]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩膜，利用该掩膜在阻挡块阵列6中的两个回型阻挡块左侧，对势垒层4与沟道层3分别进行刻蚀，刻蚀深度h为12nm，形成两个深槽构成的凹槽12；如图7f。
[0081]
刻蚀采用的工艺条件为：cl2流量为18sccm，压强为14mtorr，功率为120w。
[0082]
步骤7.在势垒层4上制作漏极8和源极9，如图7g。
[0083]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7和凹槽12上第三次制作掩模，利用该掩膜使用电子束蒸发技术，在左、右两侧的势垒层4上部淀积金属组合，该金属组合自下而上分别为al、ni和au，其厚度分别为0.153μm/0.045μm/0.052μm，并在n2气氛中进行快速热退火，完成漏极8和源极9的制作；
[0084]
电子束蒸发技术的工艺条件为：真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为500w，蒸发速率小于
[0085]
快速热退火采用的工艺条件为：温度为870℃，时间为35s。
[0086]
步骤8.制作块金属10，如图7h。
[0087]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和凹槽12上第四次制作掩膜，利用该掩膜在阻挡块阵列6上部、调制槽7上部及凹槽12中，采用电子束蒸发技术淀积多层金属，该金属组合自下而上分别为ti、al、ni和au，其厚度分别为0.002μm/0.010μm/0.004μm/0.005μm，并在n2气氛中进行快速热退火形成块金属10；
[0088]
所述块金属10中两个倒l型金属条的宽度w均为150μm；这两个倒l型金属条，其垂直部分的下侧均位于凹槽12中，其垂直部分的左侧与两个回型阻挡块的左侧之间的距离d为1.5μm，其水平部分右侧与两个回型阻挡块的左侧之间的距离r为40μm；
[0089]
淀积金属采用的工艺条件为：真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为200w，蒸发速率小于
[0090]
快速热退火采用的工艺条件为：温度为800℃，时间为30s。
[0091]
步骤9.在p型块5上制作栅极11，如图7i。
[0092]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和块金属10上第五次制作掩膜，利用该掩膜在p型块5上部采用电子束蒸发技术淀积金属组合ni/au，即自下而上分别为ni和au，其厚度分别为0.063μm/0.037μm，形成栅极11，完成整个器件的制作。
[0093]
电子束蒸发技术的工艺条件为：真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为500w，蒸发速率小于
[0094]
实施例二：在硅衬底上制作势垒层4厚度为30nm，回型阻挡块数目为一个，p型块与回型阻挡块掺杂浓度均为3
×
10
19
cm-3
、厚度均为240nm，回型阻挡块外环长度b为1000μm，宽度c为1000μm，凹槽12深度h为30nm，方形槽长度e和宽度f均为600μm的基于阻挡块调制结构
的凹槽型功率晶体管。
[0095]
步骤一.在硅衬底1上外延aln材料制作过渡层2，如图7a。
[0096]
使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为820℃，压强为42torr，氢气流量为4300sccm，氨气流量为4300sccm，铝源流量为21μmol/min的工艺条件下，在硅衬底1上外延厚度为300nm的aln材料，形成过渡层2。
[0097]
步骤二.在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3，如图7b。
[0098]
使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为970℃，压强为44torr，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，在过渡层2上外延厚度为49.7μm的gan材料，形成沟道层3。
[0099]
步骤三.在沟道层3上淀积未掺杂的al
0.2
ga
0.8
n制作势垒层4，如图7c。
[0100]
使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为990℃，压强为44torr，氢气流量为4500sccm，氨气流量为4500sccm，镓源流量为36μmol/min，铝源流量为8μmol/min的工艺条件下，在gan沟道层3上淀积厚度为30nm，且铝组分为0.2的未掺杂al
0.2
ga
0.8
n势垒层4。
[0101]
步骤四.在势垒层4上制作p型层。
[0102]
使用磁控溅射技术，在溅射功率为110w，温度300℃，ar流量为20sccm，o2流量为30sccm的工艺条件下在势垒层4上外延掺杂浓度为3
×
10
19
cm-3
、厚度为240nm的nio材料，形成p型nio层，如图7d；
[0103]
步骤五.对p型层进行刻蚀，形成p型块5、阻挡块阵列6与调制槽7。
[0104]
在p型nio层上第一次制作掩膜，利用该掩膜使用反应离子刻蚀技术在cl2流量为15sccm，压强为10mtorr，功率为120w的工艺条件下，对p型nio层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4上表面为止，形成厚度为240nm的p型块5和p型块5左侧的一个回型阻挡块，这个回型阻挡块与器件上边界的距离为k1，这个回型阻挡块与器件下边界的距离为k3，其中k1、k3均大于0μm，这个回型阻挡块即为阻挡块阵列6；该回型阻挡块中的方形槽长度e与宽度f均为600μm，且该方形槽的几何中心与该回型阻挡块的几何中心重合，方形槽的上边界、下边界均与该回型阻挡块的上边界、下边界平行，该方形槽即为调制槽7；如图7e。
[0105]
步骤六.在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩膜，利用该掩膜使用反应离子刻蚀技术在cl2流量为18sccm，压强为14mtorr，功率为120w工艺条件下，在阻挡块阵列6的左侧对势垒层4进行刻蚀，刻蚀深度h为30nm，形成凹槽12；如图7f。
[0106]
步骤七.在势垒层4上制作漏极8和源极9，如图7g。
[0107]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7和凹槽12上第三次制作掩模，利用该掩膜在左、右两侧的势垒层4上部使用电子束蒸发技术在真空度小于1.9
×
10-3
pa，功率为500w，蒸发速率小于的工艺条件下，淀积多层金属，该多层金属自下而上分别为ta、pt和au，其厚度分别为0.122μm/0.317μm/0.161μm，并在温度为880℃的n2气氛中进行快速热退火30s，完成漏极8和源极9的制作。
[0108]
步骤八.制作块金属10，如图7h。
[0109]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和凹槽12上第四次制作掩膜，利用该掩膜在阻挡块阵列6上部、调制槽7上部及凹槽12中，采用电子束蒸发技术在真空度为1.7
×
10-3
pa，功率为900w，蒸发速率的工艺条件下淀积ti/al/au金属组合，其厚度分别为0.156μm/0.170/0.074μm，并在温度为840℃的n2气氛中进行快速热退火40s，形
成块金属10；该块金属10中只有一个倒l型金属条，其宽度w为1000μm；该倒l型金属条，其垂直部分的下侧位于凹槽12中，其垂直部分的左侧与回型阻挡块的左侧之间的距离d为5μm，其水平部分右侧与回型阻挡块的左侧之间的距离r为800μm。
[0110]
步骤九.在p型块5上制作栅极11，如图7i。
[0111]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和块金属10上第五次制作掩膜，利用该掩膜采用电子束蒸发技术在真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为530w，蒸发速率小于的工艺条件下，在p型块5上部淀积金属组合，该金属组合为ti/au金属组合，其厚度分别为0.528μm/0.262μm，形成栅极11；完成整个器件的制作。
[0112]
实施例三：在碳化硅衬底上制作势垒层4厚度为100nm，回型阻挡块数目为五个，p型块与回型阻挡块掺杂浓度均为5
×
10
15
cm-3
、厚度均为500nm，回型阻挡块外环长度b为12nm，宽度c为12nm，凹槽12深度h为80nm，方形槽长度e和宽度f均为2nm的基于阻挡块调制结构的凹槽型功率晶体管。
[0113]
步骤a.在碳化硅衬底1上外延aln材料制作过渡层2，如图7a。
[0114]
设置温度为1050℃，压强为46torr，氢气流量为4600sccm，氨气流量为4600sccm，铝源流量为6μmol/min，使用金属有机物化学气相淀积技术在碳化硅衬底1上外延厚度为90nm的aln材料，形成过渡层2。
[0115]
步骤b.在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3，如图7b。
[0116]
设置温度为1020℃，压强为48torr，氢气流量为4800sccm，氨气流量为4800sccm，镓源流量为100μmol/min，使用金属有机物化学气相淀积技术在过渡层2上外延厚度为29.01μm的gan材料，形成沟道层3。
[0117]
步骤c.在沟道层3上淀积未掺杂的al
0.1
ga
0.9
n制作势垒层4，如图7c。
[0118]
设置温度为970℃，压强为46torr，氢气流量为4500sccm，氨气流量为4500sccm，镓源流量为37μmol/min，铝源流量为7μmol/min，使用金属有机物化学气相淀积技术在沟道层3上淀积厚度为100nm，且铝组分为0.1的未掺杂al
0.1
ga
0.9
n势垒层4。
[0119]
步骤d.在势垒层4上制作p型层。
[0120]
设置工艺条件为：靶材选用纯度为99.999％的铜,溅射气体为高纯氩气,同样纯度的高纯氧气作为反应气体，溅射前反应室的真空度为2.0
×
10-4
pa，溅射中保持ar气流速为20sccm,o2流速为10sccm,沉积室的气压为0.5pa,射频功率为35w,基底温度为200℃；
[0121]
使用磁控溅射技术，在势垒层4上外延厚度为500nm、掺杂浓度为5
×
10
15
cm-3
的cuo，形成p型层，如图7d。
[0122]
步骤e.对p型层进行刻蚀，形成p型块5、阻挡块阵列6与调制槽7。
[0123]
设置cl2流量为15sccm，压强为11mtorr，功率为120w的刻蚀工艺条件，在p型gan层上第一次制作掩膜，利用该掩膜使用反应离子刻蚀技术对p型cuo层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4的上表面为止，形成厚度为500nm的p型块5和p型块5左侧五个大小相同且等间距平行排列的回型阻挡块，其中，第1个回型阻挡块与器件上边界的距离为k1，第5个回型阻挡块与器件下边界的距离为k3，相邻两个回型阻挡块的间距均为k2，k1、k2、k3均大于0μm，这五个回型阻挡块共同构成了阻挡块阵列6；
[0124]
每个回型阻挡块中均设置有方形槽，各方形槽大小相同，长度e与宽度f均为2nm，且各方形槽的几何中心与其相应的回型阻挡块的几何中心分别重合，各个方形槽的上边
界、下边界均与其相应的回型阻挡块的上边界、下边界平行；这五个方形槽共同组成了调制槽7；如图7e。
[0125]
步骤f.对势垒层4进行刻蚀形成凹槽12。
[0126]
设置cl2流量为18sccm，压强为13mtorr，功率为130w的工艺条件，在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩膜，利用该掩膜使用反应离子刻蚀技术在阻挡块阵列6中的五个回型阻挡块左侧，对势垒层4进行刻蚀，刻蚀深度h为80nm，形成五个深槽所构成的凹槽12；如图7f。
[0127]
步骤g.在势垒层4上制作漏极8和源极9，如图7g。
[0128]
设置真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为400w，蒸发速率小于的工艺条件，在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7和凹槽12上第三次制作掩模，利用该掩膜在左、右两侧的势垒层4上部使用电子束蒸发技术淀积多层金属，该多层金属自下而上分别为ta/ni/au，其厚度分别为0.016μm/0.177μm/0.058μm，并在温度为870℃的n2气氛中进行快速热退火35s，完成漏极8和源极9的制作。
[0129]
步骤h.制作块金属10，如图7h。
[0130]
设置真空度为1.7
×
10-3
pa，功率为530w，蒸发速率的工艺条件，在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和凹槽12上第四次制作掩膜，利用该掩膜采用电子束蒸发技术在阻挡块阵列6上部、调制槽7上部及凹槽12中淀积ta/ni/au多层金属，其厚度分别为0.236μm/0.298μm/0.266μm，并在860℃的n2气氛中进行快速热退火45s形成块金属10；
[0131]
该块金属10中五个倒l型金属条的宽度w均为2nm，每个倒l型金属条垂直部分的下侧均位于凹槽12中，其垂直部分的左侧与五个回型阻挡块的左侧之间的距离d为50nm，其水平部分右侧与五个回型阻挡块的左侧之间的距离r为8nm。
[0132]
步骤i.在p型块5上制作栅极11，如图7i。
[0133]
设置溅射气压0.1pa左右，ar的流量为8sccm，基片温度固定在200℃，靶射频功率为150w的工艺条件，在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9和块金属10上第五次制作掩膜，利用该掩膜在p型块5上部采用溅射技术淀积厚度分别为0.021μm/0.35μm的金属组合ta/au，形成栅极11；完成整个器件的制作。
[0134]
参照图3、图4、图5和图6，本实例给出的基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管包括：衬底1、过渡层2、沟道层3、势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8、源极9、块金属10、栅极11。其中：
[0135]
所述过渡层2位于衬底1的上部，其由gan基宽禁带半导体材料组成；
[0136]
所述沟道层3位于过渡层2的上部，其由gan材料构成；
[0137]
所述势垒层4位于沟道层3的上部，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5nm～100nm；
[0138]
所述p型块5位于势垒层4的上部，其厚度为5nm～500nm，掺杂浓度为5
×
10
15
cm-3
～1
×
10
22
cm-3
；
[0139]
所述阻挡块阵列6位于势垒层4的上部、p型块5的左侧，其由m个大小相同且等间距平行排列的回型阻挡块构成，第1个回型阻挡块与器件上边界的距离为k1，第m个回型阻挡块与器件下边界的距离为k3，相邻两个回型阻挡块的间距均为k2，其中k1、k2、k3均大于0μm；
这m个回型阻挡块的外环长度b均为0.012μm～1000μm，外环宽度c均为0.012μm～1000μm，各回型阻挡块的厚度与p型块5的厚度相同，掺杂浓度也与p型块5的掺杂浓度相同；
[0140]
所述调制槽7由位于阻挡块阵列6中每个回型阻挡块内的方形槽构成，共有m个，各方形槽大小相同，方形槽长度均为e，方形槽宽度均为f，且各方形槽的几何中心与其相应的回型阻挡块的几何中心分别重合，各个方形槽的上边界、下边界均与其相应的回型阻挡块的上边界、下边界平行，且b-e≥10nm，c-f≥10nm；
[0141]
所述漏极8与源极9位于势垒层4上部的左、右两侧，与势垒层4为欧姆接触；
[0142]
所述块金属10由m个大小相同的倒l型金属条组成，这些倒l型金属条的垂直部分下侧均位于势垒层4的上部，倒l型金属条垂直部分右侧紧靠阻挡块阵列6中的m个回型阻挡块左侧，倒l型金属条水平部分位于m个回型阻挡块和m个方形槽上部；每个倒l型金属条的宽度均为w，且均关于垂直于对应的回型阻挡块上表面并平行于该回型阻挡块上边界及穿过该回型阻挡块几何中心的平面对称，其中c≥w》0μm，c为各回型阻挡块的外环宽度；每个倒l型金属条，其垂直部分的左侧与m个回型阻挡块的左侧之间的距离d为0.05μm～5μm，其水平部分右侧与m个回型阻挡块的左侧之间的距离为r，且满足b≥r》(b-e)/2，其中b为各回型阻挡块的外环长度，e为回型阻挡块中方形槽的长度。
[0143]
所述栅极11位于p型块5的上部，其长度小于p型块5的长度。
[0144]
参照图8，本发明制备的基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管给出如下三种实施例。
[0145]
实施例四：在蓝宝石衬底上制作势垒层4厚度为100nm，回型阻挡块数目为三个，p型块与回型阻挡块掺杂浓度均为5
×
10
15
cm-3
、厚度均为500nm，回型阻挡块外环长度b与宽度c均为12nm，方形槽长度e和宽度f均为2nm的基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管。
[0146]
第1步：在蓝宝石衬底1上外延gan材料制作过渡层2，如图8a。
[0147]
本步骤的具体实现与实施例一的步骤1相同。
[0148]
第2步：在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3，如图8b。
[0149]
本步骤的具体实现与实施例一的步骤2相同。
[0150]
第3步：在沟道层3上淀积al
0.3
ga
0.7
n制作势垒层4，如图8c。
[0151]
在温度为980℃，压强为43torr，氢气流量为4300sccm，氨气流量为4300sccm，镓源流量为32μmol/min，铝源流量为6μmol/min工艺条件下，使用金属有机物化学气相淀积技术在gan沟道层3上淀积厚度为100nm，且铝组分为0.3的未掺杂al
0.3
ga
0.7
n势垒层4。
[0152]
第4步：在势垒层4上制作p型层，如图8d。
[0153]
在靶材纯度为99.999％的铜,溅射气体为高纯氩气,同样纯度的高纯氧气作为反应气体，溅射前反应室的真空度为2.0
×
10-4
pa，溅射中保持ar气流速为25sccm,o2流速为15sccm,沉积室的气压为0.6pa,射频功率为45w,基底温度为210℃的工艺条件下，使用磁控溅射技术，在势垒层4上外延厚度为500nm、掺杂浓度为5
×
10
15
cm-3
的cuo，形成p型cuo层。
[0154]
第5步：制作p型块5、阻挡块阵列6与调制槽7，如图8e。
[0155]
在p型cuo层上第一次制作掩膜，在cl2流量为17sccm，压强为11mtorr，功率为130w的工艺条件下，使用反应离子刻蚀技术对p型cuo层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4的上表面为止，形成厚度为500nm的p型块5和p型块5左侧三个大小相同的回型阻挡块，第1个回型阻挡块与器件上边界的距离为k1，第3个回型阻挡块与器件下边界的距离为k3，相邻两个回型阻
挡块的间距均为k2，k1、k2、k3均大于0μm，这三个回型阻挡块共同构成了阻挡块阵列6；
[0156]
每个回型阻挡块中的方形槽大小相同，长度e均为2nm，宽度f均为2nm，且各方形槽的几何中心与其相应的回型阻挡块的几何中心分别重合，各方形槽的上边界、下边界均与其相应的回型阻挡块的上边界、下边界平行；这三个方形槽共同组成了调制槽7。
[0157]
第6步：在势垒层4上制作漏极8和源极9，如图8f。
[0158]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩模，利用该掩膜在真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为550w，蒸发速率小于的工艺条件下，使用电子束蒸发技术左、右两侧的势垒层4上部淀积金属组合ti/al/au，其厚度分别为0.012μm/0.010μm/0.024μm，并在温度为860℃的n2气氛中进行快速热退火35s，完成漏极8和源极9的制作。
[0159]
第7步：制作块金属10，如图8g。
[0160]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8和源极9上第三次制作掩膜，利用该掩膜在势垒层4、阻挡块阵列6和调制槽7上部，在真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为210w，蒸发速率小于工艺条件下淀积金属组合ta/ni/au，其厚度分别为0.453μm/0.245μm/0.302μm，并在820℃的n2气氛中进行快速热退火25s，形成块金属10；
[0161]
该块金属10中三个倒l型金属条的宽度w均为2nm，这三个倒l型金属条，其垂直部分的下侧均位于势垒层4表面，其垂直部分的左侧与三个回型阻挡块的左侧之间的距离d为50nm，其水平部分右侧与三个回型阻挡块的左侧之间的距离r为8nm；
[0162]
第8步：在p型块5上制作栅极11，如图8h。
[0163]
本步骤的具体实现与实施例一的步骤9相同。
[0164]
实施例五：在硅衬底上制作势垒层4厚度为60nm，回型阻挡块数目为一个，p型块与回型阻挡块掺杂浓度均为6
×
10
20
cm-3
、厚度均为300nm，回型阻挡块外环长度b为1000μm，宽度c为1000μm，方形槽长度e和宽度f分别为750μm和750μm的基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管。
[0165]
第一步:在硅衬底1上外延aln材料制作过渡层2，如图8a。
[0166]
本步骤的具体实现与实施例二的步骤一相同。
[0167]
第二步:在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3，如图8b。
[0168]
本步骤的具体实现与实施例二的步骤二相同。
[0169]
第三步：在沟道层3上淀积al
0.2
ga
0.8
n制作势垒层4，如图8c。
[0170]
使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为960℃，压强为40torr，氢气流量为4400sccm，氨气流量为4400sccm，镓源流量为35μmol/min，铝源流量为7μmol/min工艺条件下，在gan沟道层3上淀积厚度为60nm，且铝组分为0.2的未掺杂al
0.2
ga
0.8
n势垒层4。
[0171]
第四步：在势垒层4上制作p型层，如图8d。
[0172]
使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为950℃，压强为40torr，氢气流量为4000sccm，以高纯mg源为掺杂剂，氨气流量为4000sccm，镓源流量为100μmol/min的工艺条件下，在势垒层4上外延厚度为300nm、掺杂浓度为6
×
10
20
cm-3
的p型gan，形成p型gan层。
[0173]
第五步：制作p型块5、阻挡块阵列6与调制槽7，如图8e。
[0174]
在p型gan层上第一次制作掩膜，利用该掩膜使用反应离子刻蚀技术在cl2流量为15sccm，压强为10mtorr，功率为120w的工艺条件下，对p型gan层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4的上表面为止，形成厚度为300nm的p型块5和p型块5左侧一个回型阻挡块，该回型阻挡块与
器件上边界的距离为k1，该回型阻挡块与器件下边界的距离为k3，其中k1、k3均大于0μm，这个回型阻挡块即为阻挡块阵列6；
[0175]
该回型阻挡块中的方形槽长度e为750μm，宽度f为750μm，且方形槽的几何中心与该回型阻挡块的几何中心重合，方形槽的上边界、下边界均与该回型阻挡块的上边界、下边界平行；这个方形槽即为调制槽7。
[0176]
第六步：在势垒层4上制作漏极8和源极9，如图8f。
[0177]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩模，使用电子束蒸发技术在真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为500w，蒸发速率小于的工艺条件下，利用该掩膜在左、右两侧的势垒层4上部淀积金属组合ti/pd/au，该金属组合自下而上分别为ti、pd、au，其厚度分别为0.220μm/0.211μm/0.135μm，并在温度为850℃的n2气氛中进行快速热退火30s，完成漏极8和源极9的制作。
[0178]
第七步：制作块金属10，如图8g。
[0179]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8和源极9上第三次制作掩膜，利用该掩膜在真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为200w，蒸发速率小于工艺条件下，在势垒层4、阻挡块阵列6和调制槽7上部淀积金属组合ta/ni/au，其厚度分别为0.153μm/0.145μm/0.122μm，并在820℃的n2气氛中进行快速热退火25s，形成块金属10；
[0180]
该块金属10中只有一个倒l型金属条，其宽度w为500μm，这个倒l型金属条其垂直部分的下侧位于势垒层4表面，其垂直部分的左侧与该回型阻挡块的左侧之间的距离d为5μm，其水平部分右侧与该回型阻挡块的左侧之间的距离r为875μm；
[0181]
第八步：在p型块5上制作栅极11，如图8h。
[0182]
本步骤的具体实现与实施例二的步骤九相同。
[0183]
实施例六：在碳化硅衬底上制作势垒层4厚度为5nm，回型阻挡块数目为六个，p型块与回型阻挡块掺杂浓度均为1
×
10
22
cm-3
、厚度均为5nm，回型阻挡块外环长度b为220μm，宽度c为280μm，方形槽长度e和宽度f分别为200μm和240μm的基于阻挡块调制结构的平面型功率晶体管。
[0184]
§
1.在碳化硅衬底1上外延aln材料制作过渡层2，如图8a。
[0185]
本步骤的具体实现与实施例三的步骤a相同。
[0186]
§
2.在过渡层2上外延gan材料，形成沟道层3，如图8b。
[0187]
本步骤的具体实现与实施例三的步骤b相同。
[0188]
§
3.在沟道层3上淀积al
0.1
ga
0.9
n制作势垒层4，如图8c。
[0189]
使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为990℃，压强为44torr，氢气流量为4400sccm，氨气流量为4400sccm，镓源流量为35μmol/min，铝源流量为7μmol/min工艺条件下，在gan沟道层3上淀积厚度为5nm，且铝组分为0.1的未掺杂al
0.1
ga
0.9
n势垒层4。
[0190]
§
4.在势垒层4上制作p型层，如图8d。
[0191]
使用磁控溅射技术在溅射功率为90w，温度280℃，ar流量为16sccm，o2流量为27sccm的工艺条件下在势垒层4上外延厚度为5nm、掺杂浓度为1
×
10
22
cm-3
的nio材料，形成p型nio层。
[0192]
§
5.制作p型块5、阻挡块阵列6与调制槽7，如图8e。
[0193]
在p型nio层上第一次制作掩膜，利用该掩膜使用反应离子刻蚀技术在cl2流量为
15sccm，压强为10mtorr，功率为120w的工艺条件下，对p型nio层进行刻蚀，刻蚀至势垒层4的上表面为止，形成厚度为5nm的p型块5和p型块5左侧六个回型阻挡块，第1个回型阻挡块与器件上边界的距离为k1，第6个回型阻挡块与器件下边界的距离为k3，相邻两个回型阻挡块之间的距离为k2，k1、k2、k3均大于0μm，这六个回型阻挡块共同组成了阻挡块阵列6；这些回型阻挡块中均设置有大小相同的方形槽，其长度e均为200μm，宽度f均为240μm，且各方形槽的几何中心与其对应的回型阻挡块的几何中心重合，各方形槽的上边界、下边界均与其对应的回型阻挡块的上边界、下边界平行；这六个方形槽共同组成了调制槽7。
[0194]
§
6.在势垒层4上制作漏极8和源极9，如图8f。
[0195]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6和调制槽7上第二次制作掩模，使用电子束蒸发技术在真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为500w，蒸发速率小于的工艺条件下，利用该掩膜在左、右两侧的势垒层4上部淀积金属组合al/ti/au，其厚度分别为0.020μm/0.011μm/0.035μm，并在温度为850℃的n2气氛中进行快速热退火30s，完成漏极8和源极9的制作。
[0196]
§
7.制作块金属10，如图8g。
[0197]
在势垒层4、p型块5、阻挡块阵列6、调制槽7、漏极8和源极9上第三次制作掩膜，利用该掩膜在真空度小于1.8
×
10-3
pa，功率为200w，蒸发速率小于工艺条件下，在势垒层4、阻挡块阵列6和调制槽7上部淀积金属组合ti/al/au，其厚度分别为0.153μm/0.045μm/0.052μm，并在820℃n2气氛中进行快速热退火25s，形成块金属10；
[0198]
该块金属10中的六个倒l型金属条的宽度w均为50μm，这些倒l型金属条，其垂直部分的下侧位于势垒层4表面，其垂直部分的左侧与六个回型阻挡块的左侧之间的距离d为3.6μm，其水平部分右侧与六个回型阻挡块的左侧之间的距离r为25μm；
[0199]
§
8.在p型块5上制作栅极11，如图8h。
[0200]
本步骤的具体实现与实施例三的步骤i相同。
[0201]
本发明的效果可通过以下仿真结果进一步说明。
[0202]
仿真内容：对本发明实施例一及实施例四的器件进行电流崩塌特性仿真，结果如图9，其中：
[0203]
图9(a)为实施例一的仿真结果，图9(b)为实施例四的仿真结果，由图9可以看出，本发明器件可有效抑制电流崩塌效应，且本发明器件中，凹槽型功率晶体管相比平面型功率晶体管具有更好的电流崩塌抑制效果。