本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別是基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件，可用于電力電子系統(tǒng)。

技術(shù)背景

功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)的核心元件，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，研發(fā)新型高性能、低損耗功率器件就成為提高電能利用率、節(jié)約能源、緩解能源危機(jī)的有效途徑之一。而在功率器件研究中，高速、高壓與低導(dǎo)通電阻之間存在著嚴(yán)重的制約關(guān)系，合理、有效地改進(jìn)這種制約關(guān)系是提高器件整體性能的關(guān)鍵。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)第一代si半導(dǎo)體和第二代gaas半導(dǎo)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(jìn)一步減少芯片面積、提高工作頻率、提高工作溫度、降低導(dǎo)通電阻、提高擊穿電壓、降低整機(jī)體積、提高整機(jī)效率，以gan為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借其更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場(chǎng)和更高的電子飽和漂移速度，且化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、抗輻射等突出優(yōu)點(diǎn)，在制備高性能功率器件方面脫穎而出，應(yīng)用潛力巨大。特別是采用gan基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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(dǎo)通電阻、高擊穿電壓、高工作頻率等特性，成為了國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)、焦點(diǎn)。

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?xùn)怕╅g距，這會(huì)增大器件尺寸和導(dǎo)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(dǎo)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(chǎng)和表面態(tài)所引起的電流崩塌問(wèn)題較為嚴(yán)重，盡管當(dāng)前已有眾多抑制措施，但電流崩塌問(wèn)題依然沒(méi)有得到徹底解決。為了解決上述問(wèn)題，研究者們提出了垂直型gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件，也是一種垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件，參見(jiàn)algan/gancurrentapertureverticalelectrontransistors,ieeedeviceresearchconference,pp.31-32,2002。gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件可通過(guò)增加漂移區(qū)厚度提高擊穿電壓，避免了犧牲器件尺寸和導(dǎo)通電阻的問(wèn)題，因此可以實(shí)現(xiàn)高功率密度芯片。而且在gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件中，高電場(chǎng)區(qū)域位于半導(dǎo)體材料體內(nèi)，這可以徹底地消除電流崩塌問(wèn)題。2004年，ilanben-yaacov等人利用刻蝕后mocvd再生長(zhǎng)溝道技術(shù)研制出algan/gan電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件，該器件未采用鈍化層，最大輸出電流為750ma/mm，跨導(dǎo)為120ms/mm，兩端柵擊穿電壓為65v，且電流崩塌效應(yīng)得到顯著抑制，參見(jiàn)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(jié)合等離子輔助mbe再生長(zhǎng)algan/gan異質(zhì)結(jié)的技術(shù)，研制出基于gan襯底的電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件，該器件采用3μm漂移區(qū)，最大輸出電流為4ka·cm^-2，導(dǎo)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(jiàn)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(qiáng)型gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件獲得授權(quán)，參見(jiàn)transistor,us8188514b2,2012。此外，2014年，huinie等人基于gan襯底研制出一種增強(qiáng)型gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)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(dǎo)通電阻為2.2mω·cm²，參見(jiàn)1.5-kvand2.2-mω-cm²verticalgantransistorsonbulk-gansubstrates,ieeeelectrondeviceletters,vol.35,no.9,pp.939-941,2014。

傳統(tǒng)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件是基于gan基寬禁帶半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其包括：襯底1、漂移層2、孔徑層3、左、右兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層4、孔徑5、溝道層6、勢(shì)壘層7和鈍化層12；溝道層6和勢(shì)壘層7的兩側(cè)刻蝕有源槽8，兩側(cè)源槽8中淀積有兩個(gè)源極9，源極之間的勢(shì)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(qū)域，如圖1所示。

經(jīng)過(guò)十多年的理論和實(shí)驗(yàn)研究，研究者們發(fā)現(xiàn)，上述傳統(tǒng)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件結(jié)構(gòu)上存在固有缺陷，會(huì)導(dǎo)致器件中電場(chǎng)強(qiáng)度分布極不均勻，尤其是在阻擋層與孔徑區(qū)域交界面下方附近的半導(dǎo)體材料中存在極高的電場(chǎng)峰值，從而引起器件過(guò)早擊穿。這使得實(shí)際工藝中很難實(shí)現(xiàn)通過(guò)增加n型gan漂移層的厚度來(lái)持續(xù)提高器件的擊穿電壓。因此，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)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(guò)增加n型gan漂移層的厚度來(lái)持續(xù)提高器件的擊穿電壓，2013年，zhongdali等人利用數(shù)值仿真技術(shù)研究了一種基于超結(jié)的增強(qiáng)型gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件，研究結(jié)果表明超結(jié)結(jié)構(gòu)可以有效調(diào)制器件內(nèi)部的電場(chǎng)分布，使處于關(guān)態(tài)時(shí)器件內(nèi)部各處電場(chǎng)強(qiáng)度趨于均勻分布，因此器件擊穿電壓可達(dá)5～20kv，且采用3μm半柱寬時(shí)擊穿電壓為12.4kv，而導(dǎo)通電阻僅為4.2mω·cm²，參見(jiàn)designandsimulationof5-20-kvganenhancement-modeverticalsuperjunctionhemt,ieeetransactionsonelectrondecices,vol.60,no.10,pp.3230-3237,2013。采用超結(jié)的gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件從理論上可以獲得高擊穿電壓，且可實(shí)現(xiàn)擊穿電壓隨n型gan漂移層厚度的增加而持續(xù)提高，是目前國(guó)內(nèi)外已報(bào)道文獻(xiàn)中擊穿電壓最高的一種非常有效的大功率器件結(jié)構(gòu)。然而，超結(jié)結(jié)構(gòu)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(wú)法實(shí)現(xiàn)高性能超結(jié)結(jié)構(gòu)的制作。因此，探索和研發(fā)制造工藝簡(jiǎn)單、擊穿電壓高、導(dǎo)通電阻小的新型gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件，非常必要、迫切，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

場(chǎng)板結(jié)構(gòu)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(chǎng)終端技術(shù)，且該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)器件擊穿電壓隨場(chǎng)板的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)變化而持續(xù)增加。近年來(lái)，通過(guò)利用場(chǎng)板結(jié)構(gòu)已使橫向gan基hemt器件的性能取得了突飛猛進(jìn)的提升，參見(jiàn)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(guó)內(nèi)外仍然沒(méi)有將場(chǎng)板結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件中的先例，這主要是由于gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件結(jié)構(gòu)上的固有缺陷，會(huì)導(dǎo)致器件漂移層中最強(qiáng)電場(chǎng)峰位于阻擋層與孔徑層交界面下方附近，該電場(chǎng)峰遠(yuǎn)離漂移層兩側(cè)表面，因此場(chǎng)板結(jié)構(gòu)幾乎無(wú)法發(fā)揮有效調(diào)制器件中電場(chǎng)分布的作用，即使在gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件中采用了場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，器件性能也幾乎沒(méi)有任何提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件，以減小器件的制作難度，實(shí)現(xiàn)擊穿電壓的可持續(xù)增加，緩解器件擊穿電壓與導(dǎo)通電阻之間的矛盾，改善器件的擊穿特性和可靠性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一、器件結(jié)構(gòu)

一種基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件，包括：襯底1、漂移層2、孔徑層3、左、右兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層4、溝道層6、勢(shì)壘層7和鈍化層12，溝道層6和勢(shì)壘層7的兩側(cè)刻蝕有源槽8，兩側(cè)源槽8中淀積有兩個(gè)源極9，源極9之間的勢(shì)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(qū)域，兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層4之間形成孔徑5，其特征在于：

所述兩個(gè)電流阻擋層4，采用由第一阻擋層41和第二阻擋層42構(gòu)成的二級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)，且第一阻擋層41位于第二阻擋層42的外側(cè)；

所述鈍化層12，采用弧形結(jié)構(gòu)，即在鈍化層的兩邊刻有弧形源臺(tái)階13，弧形源臺(tái)階上淀積有金屬，形成對(duì)稱的兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14，該弧形源場(chǎng)板與源極電氣連接。

所述弧形源場(chǎng)板14，其上方以及鈍化層12上方均覆蓋有絕緣介質(zhì)材料，形成保護(hù)層15。

二、制作方法

本發(fā)明制作基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件的方法，包括如下過(guò)程：

a.在襯底1上外延厚度為3～50μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3的n^-型gan半導(dǎo)體材料，形成漂移層2；

b.在漂移層2上外延n型gan半導(dǎo)體材料，形成厚度u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(nèi)的兩側(cè)位置注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型雜質(zhì)，制作厚度a與孔徑層厚度u相同，寬度b為0.2～1μm的兩個(gè)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(nèi)的兩側(cè)注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的p型雜質(zhì)，制作厚度d為0.3～1μm，寬度e等于1.1a的兩個(gè)第二阻擋層42，兩個(gè)第一阻擋層41和兩個(gè)第二阻擋層42構(gòu)成兩個(gè)二級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的電流阻擋層4，兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層4之間形成孔徑5；

e.在兩個(gè)第一阻擋層41、兩個(gè)第二阻擋層42和孔徑5上部外延gan半導(dǎo)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(dǎo)體材料，形成厚度為5～50nm的勢(shì)壘層7；

g.在勢(shì)壘層7上第三次制作掩模，利用該掩模在勢(shì)壘層7左、右兩側(cè)進(jìn)行刻蝕，且刻蝕深度大于勢(shì)壘層7的厚度，但小于溝道層6與勢(shì)壘層7的總厚度，形成左、右兩個(gè)源槽8；

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

i.在源極9上部和勢(shì)壘層7上部第五次制作掩模，利用該掩模在左、右兩側(cè)源極9之間的勢(shì)壘層7上部淀積金屬，以制作柵極10，柵極10與兩個(gè)電流阻擋層4之間均存在水平方向上的交疊，交疊長(zhǎng)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(qū)域淀積絕緣介質(zhì)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(nèi)進(jìn)行刻蝕，形成弧形源臺(tái)階13，該弧形源臺(tái)階13的表面上低于第一阻擋層41下邊緣的任意一點(diǎn)，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離為g，與漂移層2的水平距離為r，且近似滿足關(guān)系g＝9.5-10.5exp(-0.6r)，0μm<g≤8.5μm；該弧形源臺(tái)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，與漂移層2的水平距離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源臺(tái)階13上淀積金屬，形成左右對(duì)稱的兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14，并將該兩側(cè)的弧形源場(chǎng)板14與源極9電氣連接，弧形源場(chǎng)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；

n.淀積絕緣介質(zhì)材料，以完全覆蓋兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14上部及鈍化層12上部的區(qū)域，制作保護(hù)層15，完成整個(gè)器件的制作。

本發(fā)明器件與傳統(tǒng)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.實(shí)現(xiàn)擊穿電壓持續(xù)增加。

本發(fā)明采用二級(jí)臺(tái)階形式的電流阻擋層，使器件內(nèi)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)峰值，且前者電場(chǎng)峰值大于后者電場(chǎng)峰值；由于前者電場(chǎng)峰值非常接近漂移層兩側(cè)表面，便可以利用弧形源場(chǎng)板有效調(diào)制漂移層兩側(cè)表面附近的電場(chǎng)峰值，以在弧形源場(chǎng)板處漂移層兩側(cè)表面附近形成連續(xù)平緩的較高電場(chǎng)區(qū)；

通過(guò)調(diào)整弧形源場(chǎng)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(chǎng)峰值與弧形源場(chǎng)板對(duì)應(yīng)的漂移層內(nèi)各電場(chǎng)峰值相等，且小于gan基寬禁帶半導(dǎo)體材料的擊穿電場(chǎng)，從而提高了器件的擊穿電壓，且通過(guò)增加弧形源場(chǎng)板的長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)擊穿電壓的持續(xù)增加。

b.在提高器件擊穿電壓的同時(shí)，器件導(dǎo)通電阻幾乎恒定。

本發(fā)明通過(guò)在器件兩側(cè)采用弧形源場(chǎng)板的方法來(lái)提高器件擊穿電壓，由于場(chǎng)板不會(huì)影響器件導(dǎo)通電阻，當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)，在器件內(nèi)部漂移層只存在由阻擋層所產(chǎn)生的耗盡區(qū)，并未引入其它耗盡區(qū)，因此，隨著弧形源場(chǎng)板長(zhǎng)度增加，器件的擊穿電壓持續(xù)增加，而導(dǎo)通電阻幾乎保持恒定。

c.工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，提高了成品率。

本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)中，弧形源場(chǎng)板的制作是通過(guò)在漂移層兩側(cè)的鈍化層中刻蝕弧形源臺(tái)階并淀積金屬而實(shí)現(xiàn)的，其工藝簡(jiǎn)單，且不會(huì)對(duì)器件中半導(dǎo)體材料產(chǎn)生損傷，避免了采用超結(jié)的gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的工藝復(fù)雜化問(wèn)題，大大提高了器件的成品率。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和效果。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明制作基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件的流程圖；

圖4是對(duì)傳統(tǒng)器件及本發(fā)明器件仿真所得的擊穿曲線圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D2，本發(fā)明是基于gan基寬禁帶半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其包括：襯底1、漂移層2、孔徑層3、左右兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層4、孔徑5、溝道層6、勢(shì)壘層7和鈍化層12，溝道層6和勢(shì)壘層7的兩側(cè)刻蝕有源槽8，兩側(cè)源槽8中淀積有兩個(gè)源極9，源極9之間的勢(shì)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(qū)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u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(gòu)成的二級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)，其中：兩個(gè)第一阻擋層位于孔徑層3內(nèi)的左右兩側(cè)，兩個(gè)第二阻擋層42位于兩個(gè)第一阻擋層41內(nèi)側(cè)，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，寬度為e，且a>d，e＝1.1a；

所述孔徑5，位于兩個(gè)電流阻擋層4之間；

所述溝道層6，位于兩個(gè)電流阻擋層4和孔徑5上部，其厚度為0.04～0.2μm；

所述勢(shì)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(dǎo)體材料組成，厚度為5～50nm；

所述源槽8，其刻蝕深度大于勢(shì)壘層7的厚度，但小于溝道層6與勢(shì)壘層7的總厚度；

所述源極9，其金屬厚度大于源槽8的深度；

所述柵極10，其與兩個(gè)電流阻擋層4之間均存在水平方向上的交疊，交疊長(zhǎng)度大于0μm；

所述器件兩邊的鈍化層12，其上刻有弧形源臺(tái)階13，該弧形源臺(tái)階上淀積金屬，形成左、右兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14；弧形源臺(tái)階13的表面上低于第一阻擋層41下邊緣的任意一點(diǎn)，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離為g，與漂移層2的水平距離為r，且近似滿足關(guān)系g＝9.5-10.5exp(-0.6r)，0μm<g≤8.5μm；該弧形源臺(tái)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，與漂移層2的水平距離t為0.18μm。

所述弧形源場(chǎng)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(gè)弧形源場(chǎng)板14與源極9電氣連接；兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14的上方以及鈍化層12上方均覆蓋有保護(hù)層15；保護(hù)層15和鈍化層12均可采用sio2、sin、al2o3、sc2o3、hfo2、tio2中的任意一種或其它絕緣介質(zhì)材料；

參照?qǐng)D3，本發(fā)明制作基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件的過(guò)程，給出如下三種實(shí)施例：

實(shí)施例一：制作鈍化層和保護(hù)層均為sin的基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件。

步驟1.在襯底上外延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(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，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(qiáng)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(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在漂移層2上外延厚度u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(qiáng)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(shù)，在孔徑層內(nèi)的兩側(cè)位置注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的p型雜質(zhì)mg，制作厚度a為1.2μm，寬度b為0.2μm的兩個(gè)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(gè)第一阻擋層41上第二次制作掩模；

再使用離子注入技術(shù)，在左、右兩個(gè)第一阻擋層41之間的孔徑層內(nèi)兩側(cè)注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的p型雜質(zhì)mg，制作厚度d為0.3μm，寬度e為1.32μm的兩個(gè)第二阻擋層42，兩個(gè)第一阻擋層41和兩個(gè)第二阻擋層42構(gòu)成兩個(gè)二級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的電流阻擋層4，兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層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(shù)，在兩個(gè)第一阻擋層41、兩個(gè)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(shù)，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(yīng)劑采用n2、高純ga源。

步驟6.外延al0.5ga0.5n，制作勢(shì)壘層7，如圖3f。

使用分子束外延技術(shù)在溝道層6上外延厚度為5nm的的al0.5ga0.5n材料，形成勢(shì)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(yīng)劑采用n2、高純ga源、高純al源。

步驟7.在勢(shì)壘層7和溝道層6左右兩側(cè)刻蝕制作源槽8，如圖3g。

在勢(shì)壘層7上第三次制作掩模，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在勢(shì)壘層7和溝道層6的左、右兩側(cè)進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度為0.01μm，形成左、右兩個(gè)源槽8；

反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件為：cl2流量為15sccm，壓強(qiáng)為10mtorr，功率為100w。

步驟8.制作源極9，如圖3h。

先在兩個(gè)源槽8上部和勢(shì)壘層7的上部第四次制作掩模；

再使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在兩個(gè)源槽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(fā)的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發(fā)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(shì)壘層7的上部第五次制作掩模；

9.2)使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在勢(shì)壘層7上淀積ni/au/ni組合金屬，形成柵極10，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，柵極10與兩個(gè)電流阻擋層4在水平方向上的交疊長(zhǎng)度為0.4μm；

電子束蒸發(fā)的工藝條件為：真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發(fā)速率小于

步驟10.制作漏極11，如圖3j。

使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在整個(gè)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(fā)速率小于

步驟11.淀積sin絕緣介質(zhì)材料，形成包裹的鈍化層12，如圖3k。

使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在除了漏極11底部以外的其他所有區(qū)域淀積sin絕緣介質(zhì)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(qiáng)分別為300℃、25w和950mtorr。

步驟12.在鈍化層內(nèi)的左、右兩邊刻蝕弧形源臺(tái)階13，如圖3l。

在鈍化層12是上部制作第六次掩模，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在鈍化層12左右兩邊內(nèi)進(jìn)行刻蝕，形成弧形源臺(tái)階13，且該弧形源臺(tái)階13的表面上低于第一阻擋層41下邊緣的任意一點(diǎn)，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離g，與漂移層2的水平距離r，近似滿足關(guān)系g＝9.5-10.5exp(-0.6r)，g最大為2μm；弧形源臺(tái)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，與漂移層2的水平距離t為0.18μm，其中：

反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件為：cf4流量為45sccm，o2流量為5sccm，壓強(qiáng)為15mtorr，功率為250w。

步驟13.制作弧形源場(chǎng)板14，如圖3m。

13.1)在帶有弧形源臺(tái)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(fā)技術(shù)，即在真空度小于1.8×10^-3pa，功率范圍為200～1000w，蒸發(fā)速率小于的工藝條件下，在左、右兩邊的弧形源臺(tái)階上淀積金屬ni，制作左、右對(duì)稱的兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14，并將該兩側(cè)的弧形源場(chǎng)板與源極電氣連接，該弧形源場(chǎng)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。

步驟14.淀積sin絕緣介質(zhì)材料，制作保護(hù)層15，如圖3n。

使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14上部區(qū)域完全填充sin絕緣介質(zhì)材料制作保護(hù)層15，完成整個(gè)器件的制作；

所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，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(qiáng)分別為300℃、25w和950mtorr。

實(shí)施例二：制作鈍化層和保護(hù)層均為sio2的的基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件。

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(qiáng)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，采用n⁺型gan做襯底1，使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在襯底1上外延厚度為10μm、摻雜濃度為4×10¹⁶cm^-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(qiáng)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(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在漂移層2上外延厚度u為1.5μm、摻雜濃度為4×10¹⁶cm^-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(shù)，在孔徑層內(nèi)的兩側(cè)位置注入劑量為5.5×10¹⁵cm^-2的p型雜質(zhì)mg，形成厚度a為1.5μm，寬度b為0.4μm的兩個(gè)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(gè)第一阻擋層41上第二次制作掩模；

4.2)使用離子注入技術(shù)，在左、右第一阻擋層41之間的孔徑層內(nèi)的兩側(cè)注入劑量為5.1×10¹⁵cm^-2的p型雜質(zhì)mg，形成厚度d為0.5μm，寬度e為1.65μm的兩個(gè)第二阻擋層42，兩個(gè)第一阻擋層41和兩個(gè)第二阻擋層42構(gòu)成兩個(gè)二級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的電流阻擋層4，兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層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(yīng)劑采用n2、高純ga源的工藝條件下，使用分子束外延技術(shù)，在兩個(gè)第一阻擋層41、兩個(gè)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(shì)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(yīng)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(shù)，在溝道層6上外延厚度為20nm的al0.3ga0.7n材料，完成勢(shì)壘層7的制作。

第七步.在勢(shì)壘層7和溝道層6的左右兩側(cè)刻蝕制作源槽8，如圖3g。

在勢(shì)壘層7上第三次制作掩模，在cl2流量為15sccm，壓強(qiáng)為10mtorr，功率為100w的工藝條件下，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在勢(shì)壘層7和溝道層6的左、右兩側(cè)進(jìn)行刻蝕形成左、右兩個(gè)源槽8，源槽刻蝕深度為0.05μm。

第八步.制作源極9，如圖3h。

8.1)在兩個(gè)源槽8上部和勢(shì)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(fā)速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在兩個(gè)源槽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0.03μm、ni的厚度為0.05μm。

第九步.制作柵極10，如圖3i。

9.1)在兩個(gè)源極9上部和勢(shì)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(fā)速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在勢(shì)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，該柵極10與兩個(gè)電流阻擋層4在水平方向上的交疊長(zhǎng)度為0.45μm。

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(fā)速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在整個(gè)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。

第十一步.淀積sio2絕緣介質(zhì)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(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，淀積sio2絕緣介質(zhì)材料，以包裹除了漏極11底部以外的其他所有區(qū)域，完成鈍化層12的制作。

第十二步.在鈍化層內(nèi)的左、右兩側(cè)刻蝕弧形源臺(tái)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(qiáng)為20mtorr，偏置電壓為100v的工藝條件下，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在左、右兩邊鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，完成弧形源臺(tái)階13的制作，且該弧形源臺(tái)階13的表面上低于第一阻擋層41下邊緣的任意一點(diǎn)，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離g，與漂移層2的水平距離r，近似滿足關(guān)系g＝9.5-10.5exp(-0.6r)，g最大為5μm；弧形源臺(tái)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，與漂移層2的水平距離t為0.18μm。

第十三步.制作弧形源場(chǎng)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(fā)速率小于的工藝條件下，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在鈍化層12左、右兩邊的弧形源臺(tái)階13上淀積金屬ti/au，完成弧形源場(chǎng)板14的制作，并將弧形源場(chǎng)板與源極電氣連接，該弧形源場(chǎng)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0.2μm。

第十四步.淀積sio2材料，制作保護(hù)層15，如圖3n。

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(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14上部區(qū)域完全填充sio2形成保護(hù)層15，從而完成整個(gè)器件的制作。

實(shí)施例三：制作鈍化層為sio2，保護(hù)層為sin的基于弧形源場(chǎng)板的垂直結(jié)構(gòu)電力電子器件。

步驟a.選用n⁺型gan做襯底1，采用溫度為950℃，壓強(qiáng)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(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，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(qiáng)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(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，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(shù)，在孔徑層內(nèi)的兩側(cè)位置注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的p型雜質(zhì)mg，形成厚度a為3μm，寬度b為1μm的兩個(gè)第一阻擋層41，如圖3c。

步驟d.在孔徑層3和兩個(gè)第一阻擋層41上第二次制作掩模，再使用離子注入技術(shù)，在左、右第一阻擋層41之間的孔徑層內(nèi)的兩側(cè)位置注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的p型雜質(zhì)mg，形成厚度d為1μm，寬度e為3.3μm的兩個(gè)第二阻擋層42，兩個(gè)第一阻擋層41和兩個(gè)第二阻擋層42構(gòu)成兩個(gè)二級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的電流阻擋層4，兩個(gè)對(duì)稱的電流阻擋層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(yīng)劑采用n2、高純ga源的工藝條件，使用分子束外延技術(shù)，在兩個(gè)第一阻擋層41、兩個(gè)第二阻擋層42和孔徑5上部外延厚度為0.2μm的gan材質(zhì)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(yīng)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(shù)，在溝道層6上外延厚度為50nm的al0.1ga0.9n材質(zhì)的勢(shì)壘層7，如圖3f。

步驟g.在勢(shì)壘層7上第三次制作掩模，再采用cl2流量為15sccm，壓強(qiáng)為10mtorr，功率為100w的工藝條件，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在勢(shì)壘層7和溝道層6的左、右兩側(cè)進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度為0.06μm，形成左、右兩個(gè)源槽8，如圖3g。

步驟h.在兩個(gè)源槽8上部和勢(shì)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(fā)速率小于的工藝條件，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在兩個(gè)源槽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(shì)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(fā)速率小于的工藝條件，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在勢(shì)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，該柵極10與兩個(gè)電流阻擋層4在水平方向上的交疊長(zhǎng)度為0.55μm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(fā)速率小于的工藝條件，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在整個(gè)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(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，淀積sio2絕緣介質(zhì)材料，以包裹除了漏極11底部以外的其他所有區(qū)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(qiáng)為20mtorr，偏置電壓為100v的工藝條件，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在左、右兩邊鈍化層內(nèi)刻蝕，形成弧形源臺(tái)階13，且該弧形源臺(tái)階13的表面上低于第一阻擋層41下邊緣的任意一點(diǎn)，與第一阻擋層41下邊緣的垂直距離g，與漂移層2的水平距離r，近似滿足關(guān)系g＝9.5-10.5exp(-0.6r)，g最大為8.5μm；弧形源臺(tái)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，與漂移層2的水平距離t為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(fā)速率小于的工藝條件，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在左、右兩邊的各弧形源臺(tái)階13上淀積ti/au組合金屬，完成弧形源場(chǎng)板14的制作，并將該弧形源場(chǎng)板與源極電氣連接，該弧形源場(chǎng)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0.7μm，如圖3m。

步驟n.使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在兩個(gè)弧形源場(chǎng)板14上部區(qū)域完全填充sin絕緣介質(zhì)材料，制作保護(hù)層15，完成整個(gè)器件的制作，如圖3n。

所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積的工藝條件是：

nh3氣體的流量為2.5sccm；

n2氣體的流量為950sccm；

sih4氣體的流量為250sccm；

溫度為300℃，射頻功率為25w，壓強(qiáng)為950mtorr。

本發(fā)明的效果可通過(guò)以下仿真進(jìn)一步說(shuō)明。

仿真：對(duì)傳統(tǒng)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件與本發(fā)明器件的擊穿特性進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4。

由圖4可以看出，傳統(tǒng)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件發(fā)生擊穿，即漏源電流迅速增加，時(shí)的漏源電壓大約在520v，而本發(fā)明器件發(fā)生擊穿時(shí)的漏源電壓大約在2200v，證明本發(fā)明器件的擊穿電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)gan基電流孔徑異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)器件的擊穿電壓。

以上描述僅是本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，能夠在不背離本發(fā)明的原理和范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。