本發(fā)明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，特別是漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件，可用于電力電子系統(tǒng)。

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(huán)境問題的日益突出，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(fā)展，傳統(tǒng)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(wěn)定、耐高溫、抗輻射等突出優(yōu)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(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，更是因其低導通電阻、高擊穿電壓、高工作頻率等特性，成為了國內(nèi)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，并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(tài)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(zhì)結(jié)晶體管，也是一種垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件，參見AlGaN/GaN current aperture vertical electron transistors,IEEE Device Research Conference,pp.31-32,2002。GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管可通過增加漂移層厚度提高擊穿電壓，避免了犧牲器件尺寸和導通電阻的問題，因此可以實現(xiàn)高功率密度芯片。而且在GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管中，高電場區(qū)域位于半導體材料體內(nèi)，這可以徹底地消除電流崩塌問題。2004年，Ilan Ben-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(zhì)結(jié)晶體管，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/GaN current aperture vertical electron transistors with regrown channels,Journal of Applied Physics,Vol.95,No.4,pp.2073-2078,2004。2012年，Srabanti Chowdhury等人利用Mg離子注入電流阻擋層結(jié)合等離子輔助MBE再生長AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的技術，研制出基于GaN襯底的電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管，該器件采用3μm漂移層，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CAVET on Bulk GaN Substrates Achieved With MBE-Regrown AlGaN/GaN Layers to Suppress Dispersion,IEEE Electron Device Letters,Vol.33,No.1,pp.41-43,2012。同年，由Masahiro Sugimoto等人提出的一種增強型GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管獲得授權，參見Transistor,US8188514B2,2012。此外，2014年，Hui Nie等人基于GaN襯底研制出一種增強型GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管，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-kV and 2.2-mΩ-cm²Vertical GaN Transistors on Bulk-GaN Substrates,IEEE Electron Device Letters,Vol.35,No.9,pp.939-941,2014。

傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管是基于GaN基寬禁帶半導體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其包括：襯底1、漂移層2、孔徑層3、左、右兩個對稱的電流阻擋層4、孔徑5、溝道層6和勢壘層7；勢壘層7上面的兩側(cè)淀積有源極12，源極12之間的勢壘層7上外延有帽層8，帽層8兩側(cè)刻有兩個臺階9，帽層8的上面淀積有柵極10，源極12下方通過注入形成兩個注入?yún)^(qū)11，襯底1下面淀積有歐姆漏極13，如圖1所示。

經(jīng)過十多年的理論和實驗研究，研究者們發(fā)現(xiàn)，上述傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)上存在固有缺陷，會導致器件中電場強度分布極不均勻，尤其是在電流阻擋層與孔徑區(qū)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(xiàn)通過增加n型GaN漂移層的厚度來持續(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)晶體管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(xù)提高器件的擊穿電壓，2013年，Zhongda Li等人利用數(shù)值仿真技術研究了一種基于超結(jié)的增強型GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管，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)部的電場分布，使處于關態(tài)時器件內(nèi)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Design and Simulation of 5-20-kV GaN Enhancement-Mode Vertical Superjunction HEMT,IEEE Transactions on Electron Decices,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)晶體管從理論上可以獲得高擊穿電壓，且可實現(xiàn)擊穿電壓隨n型GaN漂移層厚度的增加而持續(xù)提高，是目前國內(nèi)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(jié)構(gòu)。

在實際應用中，研究者們發(fā)現(xiàn)在電動汽車、功率管理系統(tǒng)、S類功率放大器等許多技術領域中，往往需要功率器件具有很強的反向阻斷能力，也就是希望器件在關態(tài)下具有很高的負的漏極擊穿電壓，即反向擊穿電壓。而現(xiàn)有的傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管均采用歐姆漏極，當器件漏極施加非常低的反向電壓時，器件中的電流阻擋層便會失效，形成很大的漏源泄漏電流，而且隨著漏極反向電壓的增加，器件柵極也會正向開啟，并通過很大柵電流，最終導致器件失效。因此，現(xiàn)有的傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管均無法實現(xiàn)反向阻斷功能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件，以提高器件的反向擊穿電壓，實現(xiàn)反向擊穿電壓的可持續(xù)增加，同時減小器件的導通電阻，顯著緩解器件擊穿電壓與導通電阻之間的矛盾，改善器件的反向擊穿特性、正向?qū)ㄌ匦院涂煽啃浴?/p>

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

一、器件結(jié)構(gòu)

一種漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件，包括：襯底1、漂移層3、孔徑層5、左右兩個對稱的電流阻擋層6、溝道層8、勢壘層9和肖特基漏極15，襯底1的上部外延有漂移層3，勢壘層9上的兩側(cè)淀積有兩個源極14，兩個源極14下方通過離子注入形成兩個注入?yún)^(qū)13，源極之間的勢壘層上外延有帽層10，帽層10兩側(cè)刻有兩個臺階11，帽層上面淀積有柵極12，兩個對稱的電流阻擋層6之間形成孔徑7，其特征在于：

所述襯底1與漂移層3，均采用相同摻雜濃度的n型GaN材料；襯底1與漂移層3的兩側(cè)，有兩個采用p型GaN材料的柱形結(jié)構(gòu)，即兩個P柱2；

所述P柱2，其p型雜質(zhì)的摻雜濃度與漂移層3相同，該P柱2和漂移層3的上部與電流阻擋層6和孔徑層5的下部之間設有輔助層4；

所述肖特基漏極15，位于襯底1與P柱2的下面，其與P柱之間的接觸表現(xiàn)為歐姆接觸特性，而與襯底1之間的接觸表現(xiàn)為肖特基特性。

二、制作方法

本發(fā)明制作漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件的方法，包括如下過程：

A.制作襯底1：

A1)采用摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3、厚度為4～20μm、寬度為2～20μm的n型GaN做襯底層；

A2)在襯底層上制作一次掩模，并利用該掩模在襯底層內(nèi)兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜區(qū)，每個p型摻雜區(qū)的厚度與襯底層厚度相同，寬度W_P為0.5～5μm，未進行p型摻雜的襯底層形成襯底1，襯底1的寬度為1～10μm，厚度u為4～20μm；

B.制作P柱2和厚度為H_N的漂移層3；

B1)在襯底1和步驟A2)獲得的兩個p型摻雜區(qū)上第一次外延一層厚度為H₁、摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料；

B2)在步驟B1)外延的n型GaN材料上制作掩模，利用該掩模在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜的第一區(qū)，該兩個第一區(qū)的厚度為H_P1，寬度為W_P，H₁＝H_P1；

B3)在步驟B1)外延的n型GaN材料上部和兩個第一區(qū)上第二次外延一層厚度為H₂、摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料；

B4)在步驟B3)外延的n型GaN材料上制作掩模，利用該掩模在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜的第二區(qū)，該兩個第二區(qū)的厚度為H_P2，寬度為W_P，H₂＝H_P2；

B5)在步驟B3)外延的n型GaN材料上部和兩個第二區(qū)上第三次外延一層厚度為H₃、摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料；

B6)在步驟B5)外延的n型GaN材料上制作掩模，利用該掩模在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜的第三區(qū)，該兩個第三區(qū)的厚度為H_P3，寬度為W_P，H₃＝H_P3；

B7)依次類推……，在第m-1次外延的n型GaN材料上部和兩個第m-1區(qū)上第m次外延一層厚度為H_m、摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料；

B8)在第m次外延的n型GaN材料上制作掩模，利用該掩模在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜的第m區(qū)，該兩個第m區(qū)的厚度為H_Pm，寬度為W_P，H_m＝H_Pm，H_P1至H_Pm的值均在1～10μm之間，m為大于零的整數(shù)并根據(jù)實際制作工藝決定；

所述步驟B1)至B8)所有外延的GaN材料中未進行p型摻雜的部分形成整體的漂移層3，該漂移層3的厚度H_N滿足：H_N＝H_P1+H_P2+…+H_Pm，其取值為1～30μm；漂移層3的寬度W_N與襯底1的寬度相同；

所述步驟A中的兩個p型摻雜區(qū)和步驟B中的兩個第一區(qū)、第二區(qū)至第m區(qū)構(gòu)成兩個對稱的P柱2，每個P柱2的厚度H_P滿足：H_P＝H_N+u，P柱2的寬度為W_P，W_P＝0.5W_N；

C.在漂移層3和兩個P柱2的上部外延n型GaN半導體材料，形成厚度L為15～40μm、摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁷cm^-3的輔助層4；

D.在輔助層4的上部外延n型GaN半導體材料，形成厚度為0.5～2μm、摻雜濃度為1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3的孔徑層5；

E.在孔徑層5上制作掩模，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)，以制作厚度與孔徑層厚度相同、寬度a為0.5～8μm的電流阻擋層6，兩個對稱的電流阻擋層6之間形成孔徑7；

F.在兩個電流阻擋層6和它們之間的孔徑7上部外延GaN半導體材料，形成厚度為0.04～0.2μm的溝道層8；

G.在溝道層8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9；

H.在勢壘層9的上部外延p⁺型GaN半導體材料，形成厚度為0.02～0.25μm的帽層10；

I.在帽層10上制作掩模，利用該掩模在帽層內(nèi)的左右兩側(cè)進行刻蝕，刻蝕至勢壘層9上表面為止，以形成臺階11，兩個臺階之間的帽層10與兩個電流阻擋層6之間均存在水平方向上的交疊，交疊長度大于0μm；

J.在帽層10上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模，利用該掩模在帽層上淀積金屬，以制作柵極12；

K.在柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模，利用該掩模在兩邊未被帽層覆蓋的勢壘層內(nèi)注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-2的n型雜質(zhì)，以制作注入?yún)^(qū)13，其中，兩個注入?yún)^(qū)的深度均大于勢壘層厚度，且小于溝道層與勢壘層兩者的總厚度；

L.在兩個注入?yún)^(qū)13上部、柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模，利用該掩模在兩個注入?yún)^(qū)上部淀積金屬，以制作源極14；

M.在襯底1的背面和兩個P柱2的背面淀積金屬，以制作肖特基漏極15，完成整個器件的制作，該肖特基漏極應選擇功函數(shù)大于4.5eV的高功函數(shù)金屬實現(xiàn)，肖特基漏極與P柱之間的接觸表現(xiàn)為歐姆接觸特性，而與襯底1之間的接觸表現(xiàn)為肖特基特性。

本發(fā)明器件與傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管比較，具有以下優(yōu)點：

1.實現(xiàn)反向擊穿電壓持續(xù)增加。

本發(fā)明由于采用了肖特基漏極，使得器件漏極可以承受反向電壓。在此基礎上，本發(fā)明由于在電流阻擋層與漏連接的P柱之間設有輔助層，該輔助層和P柱構(gòu)成本發(fā)明的半超結(jié)結(jié)構(gòu)，相比于現(xiàn)有的超結(jié)結(jié)構(gòu)，該輔助層可有效地隔離反向阻斷時器件的源極和漏極。因此，利用與漏連接的半超結(jié)結(jié)構(gòu)可以有效調(diào)制反向阻斷時器件內(nèi)電場分布，提高器件的反向擊穿電壓。

通過增加漏連接半超結(jié)的高度，即P柱的高度，可以持續(xù)顯著增加器件內(nèi)高電場區(qū)面積，并使得器件輔助層、P柱、漂移層、襯底中各處電場峰值近似相等，且小于GaN基寬禁帶半導體材料的擊穿電場，從而可實現(xiàn)擊穿電壓的持續(xù)增加。

2.在提高器件反向擊穿電壓的同時，可顯著減小器件的導通電阻。

本發(fā)明由于采用了肖特基漏極和半超結(jié)結(jié)構(gòu)，且半超結(jié)結(jié)構(gòu)與肖特基漏極連接，使得器件正向?qū)〞r，P柱與輔助層始終處于正向偏置狀態(tài)，P柱中會同時導通空穴電流和電子電流，增加了器件P柱中的總導通電流，而此時漂移層中的電子電流也會明顯增加。因此，本發(fā)明器件的導通電阻會顯著減小。且隨著漏連接P柱高度的增加，器件的反向擊穿電壓持續(xù)增加，而導通電阻始終保持較低量值。

以下結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術內(nèi)容和效果。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明制作漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明制作漂移層和兩個P柱的流程示意圖；

圖5是對傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管和本發(fā)明器件仿真所得的正向輸出電流曲線和計算得到的導通電阻數(shù)值；

圖6是對本發(fā)明器件仿真所得的反向阻斷狀態(tài)下的二維電場分布圖和器件左側(cè)P柱的右邊緣附近的縱向一維電場分布圖。

具體實施方式

參照圖2，本發(fā)明漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件是基于GaN基寬禁帶半導體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的改進，其包括：肖特基漏極15，襯底1、漂移層3、孔徑層5、左右兩個對稱的電流阻擋層6、溝道層8和勢壘層9，該勢壘層9上面兩側(cè)淀積有源極14，兩個源極14下方設有通過離子注入形成的注入?yún)^(qū)13，源極14之間的勢壘層上外延有帽層10，帽層10兩側(cè)刻有臺階11，帽層上面淀積有柵極12，兩個對稱的電流阻擋層6之間形成孔徑5，其中：

所述襯底1，采用n型GaN材料，且摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3，厚度u為4～20μm，寬度為1～10μm；

所述漂移層3，位于襯底1上部，采用與襯底1相同摻雜濃度的n型GaN材料；漂移層3的厚度H_N為1～30μm，寬度W_N為1～10μm，該漂移層3與襯底1的兩側(cè)，有兩個對稱的P柱2；

所述P柱2，采用p型GaN材料，其p型雜質(zhì)的摻雜濃度與漂移層3相同，摻雜濃度為5×10¹⁵～5×10¹⁷cm^-3；每個P柱2的厚度H_P等于漂移層3與襯底1的厚度總和，即H_P＝H_N+u，H_P為5～50μm，每個P柱2的寬度W_P為漂移層3寬度W_N的一半，即W_P＝0.5W_N，W_P為0.5～5μm，P柱2的上表面與漂移層3的上表面處于同一水平高度，P柱2的下表面與襯底1的下表面處于同一水平高度；

兩個P柱2上部、漂移層3的上部與兩個電流阻擋層6下部、孔徑層5下部之間有輔助層4；

所述輔助層4，采用n型GaN材料，其摻雜濃度的范圍為1×10¹⁵～1×10¹⁷cm^-3，厚度L為15～40μm；

所述孔徑層5，其厚度為0.5～2μm，摻雜濃度為1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3；

所述電流阻擋層6，位于孔徑層5內(nèi)的兩側(cè)，其厚度為0.5～2μm，寬度a為0.5～8μm；

所述溝道層8，位于兩個電流阻擋層6和孔徑7上部，其厚度為0.04～0.2μm；

所述勢壘層9，位于溝道層8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；

所述帽層10，采用p⁺型GaN材料，其與兩個電流阻擋層6之間均存在水平方向上的交疊，交疊長度大于0μm，p型雜質(zhì)的摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3；

所述肖特基漏極15，采用肖特基結(jié)構(gòu)，位于襯底1與P柱2的下面，其與P柱之間的接觸表現(xiàn)為歐姆接觸特性，而與襯底1之間的接觸表現(xiàn)為肖特基特性，該肖特基漏極15應選擇功函數(shù)大于4.5eV的高功函數(shù)金屬實現(xiàn)。

參照圖3，本發(fā)明制作漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件的過程，給出如下三種實施例：

實施例一：制作P柱厚度為5μm的漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件。

步驟1.制作襯底1和p型摻雜區(qū)，如圖3a。

1.1)采用摻雜濃度為5×10¹⁵cm^-3、寬度為2μm、厚度為4μm的n型GaN做襯底層；

1.2)先在襯底層上制作一次掩模，再使用離子注入技術在襯底層內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)Mg，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁵cm^-3的兩個p型摻雜區(qū)，每個p型摻雜區(qū)的厚度與襯底層的厚度相同，為4μm；每個p型摻雜區(qū)寬度W_P為0.5μm；未進行p型摻雜的襯底層部分形成襯底1，襯底1的寬度為1μm，厚度u為4μm；

步驟2.制作P柱2和漂移層3，如圖3b。

參照圖5，本步驟的具體實現(xiàn)如下：

2.1)使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在襯底1和步驟1.2)中的兩個p型摻雜區(qū)上第一次外延一層厚度H₁為1μm、摻雜濃度為5×10¹⁵cm^-3的n型GaN材料；

2.2)在步驟2.1)外延的n型GaN材料上制作掩模，再使用離子注入技術在該層的n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁵cm^-3的兩個p型摻雜第一區(qū)，該兩個第一區(qū)的厚度H_P1等于H₁，即1μm，寬度為W_P，即0.5μm；

至此，步驟2中所有外延、且未進行p型摻雜的n型GaN材料部分構(gòu)成漂移層3，步驟2中的兩個第一區(qū)和步驟1中的兩個p型摻雜區(qū)構(gòu)成兩個P柱2，漂移層3的厚度H_N為1μm，寬度W_N為1μm，每個P柱2的寬度為0.5μm，P柱2的厚度為5μm；

金屬有機物化學氣相淀積技術的工藝條件為：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.制作輔助層4，如圖3c。

使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在兩個P柱2和漂移層3上外延厚度L為15μm、摻雜濃度為1×10¹⁵的n型GaN材料，形成輔助層4，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4.在輔助層4上外延n型GaN，形成孔徑層5，如圖3d。

使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在輔助層4上外延厚度為0.5μm、摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的n型GaN材料，形成孔徑層5，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5.制作電流阻擋層6，如圖3e。

5.1)在孔徑層5上制作一次掩模；

5.2)使用離子注入技術，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，形成厚度為0.5μm，寬度a為0.5μm的兩個電流阻擋層6，兩個對稱的電流阻擋層6之間形成孔徑7。

步驟6.外延GaN材料制作溝道層8，如圖3f。

使用分子束外延技術，在兩個電流阻擋層6和孔徑5的上部外延厚度為0.04μm的GaN材料，形成溝道層8；

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7.外延Al_0.5Ga_0.5N，制作勢壘層9，如圖3g。

使用分子束外延技術，在溝道層8上外延厚度為5nm的Al_0.5Ga_0.5N材料，形成勢壘層9，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8.在勢壘層9上部外延p⁺型GaN，形成帽層10，如圖3h。

使用分子束外延技術，在勢壘層9上部外延厚度為0.02μm、p型雜質(zhì)Mg的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的p⁺型GaN材料，形成帽層10；

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、高純Mg源。

步驟9.在帽層10內(nèi)的左、右兩側(cè)刻蝕制作臺階11，如圖3i。

9.1)在帽層10上制作掩模；

9.2)使用反應離子刻蝕技術，在帽層10內(nèi)的左、右兩側(cè)進行刻蝕，刻蝕至勢壘層9上表面為止，形成臺階11，兩個臺階之間的帽層10與兩個電流阻擋層6之間在水平方向上的交疊長度均為0.2μm；

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10.制作柵極12，如圖3j。

10.1)在帽層10上部、未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模；

10.2)使用電子束蒸發(fā)技術，在帽層10上依次淀積金屬Ni、Au、Ni，形成柵極12，其中：所淀積的金屬厚度自下而上，Ni為0.02μm、Au為0.2μm、Ni為0.04μm；

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11.制作左、右兩個注入?yún)^(qū)13，如圖3k。

11.1)在柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模；

11.2)使用離子注入技術，在勢壘層內(nèi)的兩側(cè)注入劑量為1×10¹⁵cm^-2的n型雜質(zhì)Si，形成深度為0.01μm的注入?yún)^(qū)13；

11.2)在1200℃溫度下進行快速熱退火。

步驟12.制作源極14，如圖3l。

12.1)在兩個注入?yún)^(qū)13上部、柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模；

12.2)使用電子束蒸發(fā)技術，在兩個注入?yún)^(qū)上部淀積Ti/Au/Ni組合金屬，形成源極14，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13.制作肖特基漏極15，如圖3m。

使用電子束蒸發(fā)技術，在整個襯底1的背面和兩個P柱2的背面上淀積Ni金屬，形成肖特基漏極15，其中：Ni的厚度為0.5μm，完成整個器件的制作。

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

實施例二：制作P柱厚度為39μm的漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件。

第一步.制作襯底1和p型摻雜區(qū)，如圖3a。

1a)采用摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3、寬度為4μm、厚度為15μm的n型GaN做襯底層；

1b)先在襯底層上制作一次掩模，再使用離子注入技術在襯底層內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)Mg，以形成平均摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的兩個p型摻雜區(qū)，每個p型摻雜區(qū)的厚度與襯底層的厚度相同，為15μm；每個p型摻雜區(qū)寬度W_P為1μm；未進行p型摻雜的襯底層部分形成襯底1，襯底1的寬度為2μm，厚度u為15μm；

第二步.制作P柱2和漂移層3，如圖3b。

參照圖5，本步驟的具體實現(xiàn)如下：

2a)使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在襯底1和步驟1b)中的兩個p型摻雜區(qū)上第一次外延一層厚度H₁為8μm、摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的n型GaN材料；

2b)在步驟2a)外延的n型GaN材料上制作掩模，再使用離子注入技術在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的兩個p型摻雜的第一區(qū)，該兩個第一區(qū)的厚度H_P1等于H₁，即8μm，寬度為W_P，即1μm；

2c)在步驟2a)外延的n型GaN材料上部和兩個第一區(qū)上第二次外延一層厚度H₂為8μm、摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的n型GaN材料；

2d)在步驟2c)外延的n型GaN材料上制作掩模，再使用離子注入技術在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的兩個p型摻雜的第二區(qū)，該兩個第二區(qū)的厚度H_P2等于H₂，即8μm，寬度為W_P，即1μm；

2e)在步驟2c)外延的n型GaN材料上部和兩個第二區(qū)上第二次外延一層厚度H₃為8μm、摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的n型GaN材料；

2f)在步驟2e)外延的n型GaN材料上制作掩模，再使用離子注入技術在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的兩個p型摻雜的第三區(qū)，該兩個第三區(qū)的厚度H_P3等于H₃，即8μm，寬度為1μm；

至此，第二步中所有外延、且未進行p型摻雜的n型GaN材料部分構(gòu)成漂移層3，第二步中所有的p型摻雜的區(qū)域和步驟1中的兩個p型摻雜區(qū)構(gòu)成兩個P柱2，漂移層3的厚度H_N為24μm，寬度W_N為2μm，每個P柱2的寬度W_P為1μm，P柱2的厚度H_P為39μm；

金屬有機物化學氣相淀積技術的工藝條件為：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。

第三步.制作輔助層4，如圖3c。

在溫度為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的工藝條件下，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在兩個P柱2和漂移層3上外延厚度L為25μm、摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3的n型GaN材料，形成輔助層4。

第四步.在輔助層4上外延n型GaN，形成孔徑層5，如圖3d。

在溫度為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的工藝條件下，使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在輔助層4上外延厚度為1μm、摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3cm^-3的n型GaN材料，形成孔徑層5。

第五步.制作電流阻擋層6，如圖3e。

5a)在孔徑層5上制作一次掩模；

5b)使用離子注入技術，在孔徑層內(nèi)的兩側(cè)位置注入劑量為5×10¹⁵cm^-2的p型雜質(zhì)Mg，形成厚度為1μm，寬度a為1.5μm的兩個電流阻擋層6，兩個對稱的電流阻擋層6之間形成孔徑7。

第六步.外延GaN材料制作溝道層8，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源的工藝條件下，使用分子束外延技術，在兩個電流阻擋層6和孔徑7的上部外延厚度為0.1μm的GaN材料，形成溝道層8。

第七步.外延Al_0.25Ga_0.25N，制作勢壘層9，如圖3g。

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源工藝條件下，使用分子束外延技術在溝道層8上外延厚度為25nm的Al_0.25Ga_0.25N材料，形成勢壘層9。

第八步.在勢壘層9上部外延p⁺型GaN，形成帽層10，如圖3h。

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Mg源工藝條件下，使用分子束外延技術，在勢壘層9上部外延厚度為0.15μm、p型雜質(zhì)Mg的摻雜濃度為2×10¹⁹cm^-3的p⁺型GaN材料，形成帽層10。

第九步.在帽層10內(nèi)的左、右兩側(cè)刻蝕制作臺階11，如圖3i。

9a)在帽層10上制作掩模；

9b)在Cl₂流量為15sccm，壓強為10mTorr，功率為100W工藝條件下，使用反應離子刻蝕技術，在帽層10內(nèi)的左、右兩側(cè)進行刻蝕，刻蝕至勢壘層9上表面為止，形成臺階11，兩個臺階之間的帽層10與兩個電流阻擋層6之間在水平方向上的交疊長度均為0.5μm。

第十步.制作柵極12，如圖3j。

10a)在帽層10上部、未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模；

10b)在真空度小于1.8×10^-3Pa，功率范圍為200～1000W，蒸發(fā)速率小于工藝條件下，使用電子束蒸發(fā)技術，在帽層10上依次淀積金屬Ni、Au、Ni，形成柵極12，其中：所淀積的金屬厚度自下而上，Ni為0.02μm、Au為0.2μm、Ni為0.04μm。

第十一步.制作左、右兩個注入?yún)^(qū)13，如圖3k。

11a)在柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模；

11b)使用離子注入技術，在勢壘層內(nèi)的兩側(cè)注入劑量為5×10¹⁵cm^-2的n型雜質(zhì)Si，形成深度為0.03μm的注入?yún)^(qū)13；

11c)在1200℃溫度下進行快速熱退火。

第十二步.制作源極14，如圖3l。

12a)在兩個注入?yún)^(qū)13上部、柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模；

12b)在真空度小于1.8×10^-3Pa，功率范圍為200～1000W，蒸發(fā)速率小于工藝條件下，使用電子束蒸發(fā)技術，在兩個注入?yún)^(qū)上部淀積Ti/Au/Ni組合金屬，形成源極14，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。

第十三步.制作肖特基漏極15，如圖3m。

在真空度小于1.8×10^-3Pa，功率范圍為200～1000W，蒸發(fā)速率小于工藝條件下，使用電子束蒸發(fā)技術，在整個襯底1的背面和兩個P柱2的背面上淀積Pt金屬，形成肖特基漏極15，其中：Pt的厚度為0.7μm，完成整個器件的制作。

實施例三：制作P柱厚度為50μm的漏連接半超結(jié)氮化鎵基垂直型異質(zhì)結(jié)功率器件。

步驟A.制作襯底1和p型摻雜區(qū)，如圖3a。

A1)采用摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3、寬度為20μm、厚度為20μm的n型GaN做襯底層；

A2)先在襯底層上制作一次掩模，再使用離子注入技術在襯底層內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)Mg，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜區(qū)，每個p型摻雜區(qū)的厚度為20μm；每個p型摻雜區(qū)寬度W_P為5μm，未進行p型摻雜的襯底層部分形成襯底1，襯底1的寬度為10μm，厚度u為20μm。

步驟B.制作P柱2和漂移層3，如圖3b。

參照圖5，本步驟的具體實現(xiàn)如下：

B1)使用金屬有機物化學氣相淀積技術，在襯底1和步驟A2)中的兩個p型摻雜區(qū)上第一次外延一層厚度H₁為10μm、摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料；

B2)在步驟B1)外延的n型GaN材料上制作掩模，再使用離子注入技術在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜的第一區(qū)，該兩個第一區(qū)的厚度H_P1等于H₁，即10μm，寬度為5μm；

B3)在步驟B1)外延的n型GaN材料上部和兩個第一區(qū)上第二次外延一層厚度H₂為10μm、摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料；

B4)在步驟B3)外延的n型GaN材料上制作掩模，再使用離子注入技術在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜的第二區(qū)，該兩個第二區(qū)的厚度H_P2等于H₂，即10μm，寬度為5μm；

B5)在步驟B3)外延的n型GaN材料上部和兩個p型摻雜的第二區(qū)上第二次外延一層厚度H₃為10μm、摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料；

B6)在步驟B5)外延的n型GaN材料上制作掩模，再使用離子注入技術在該層n型GaN材料內(nèi)的兩側(cè)位置注入p型雜質(zhì)，以形成平均摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的兩個p型摻雜的第三區(qū)，該兩個第三區(qū)的厚度H_P3等于H₃，即10μm，寬度為5μm；

至此，在步驟B中所有外延、且未進行p型摻雜的n型GaN材料部分構(gòu)成漂移層3，步驟B中所有的p型摻雜的區(qū)域和步驟1中的兩個p型摻雜區(qū)構(gòu)成兩個P柱2，漂移層3的厚度H_N為30μm，寬度W_N為10μm，每個P柱2的寬度W_P為5μm，P柱2的厚度H_P為50μm；

金屬有機物化學氣相淀積技術的工藝條件為：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。如圖3b。

步驟C.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，在兩個P柱2上部和漂移層3上部外延厚度L為40μm、摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3的n型GaN材料，形成輔助層4，如圖3c。

步驟D.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，在輔助層4上外延厚度為2μm、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的n型GaN材料，形成孔徑層5，如圖3d。

步驟E.先在孔徑層5上制作一次掩模，再使用離子注入技術，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，形成厚度為2μm，寬度a為8μm的兩個電流阻擋層6，兩個對稱的電流阻擋層6之間形成孔徑7，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源的工藝條件，使用分子束外延技術，在兩個電流阻擋層6和孔徑7的上部外延厚度為0.2μm的GaN材料，形成溝道層8，如圖3f。

步驟G.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8上外延厚度為50nm的Al_0.1Ga_0.9N材料，形成勢壘層9，其中，如圖3g。

步驟H.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Mg源的工藝條件，使用分子束外延技術，在勢壘層9上部外延厚度為0.25μm、p型雜質(zhì)Mg的摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3的p⁺型GaN材料，形成帽層10，如圖3h。

步驟I.先在帽層10上制作掩模，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，在帽層10內(nèi)的左、右兩側(cè)進行刻蝕，刻蝕至勢壘層9上表面為止，形成臺階11，兩個臺階之間的帽層10與兩個電流阻擋層6之間在水平方向上的交疊長度均為0.6μm，如圖3i。

步驟J.先在帽層10上部、未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模，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，在帽層10上依次淀積金屬Ni、Au、Ni，形成柵極12，其中：所淀積的金屬厚度自下而上，Ni為0.02μm、Au為0.2μm、Ni為0.04μm，如圖3j。

步驟K.先在柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模，再使用離子注入技術，在勢壘層內(nèi)的兩側(cè)注入劑量為1×10¹⁶cm^-2的n型雜質(zhì)Si，形成深度為0.06μm的注入?yún)^(qū)13，最后在1200℃溫度下進行快速熱退火，如圖3k。

步驟L.先在兩個注入?yún)^(qū)13上部、柵極12上部以及未被帽層10覆蓋的勢壘層9上部制作掩模，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，在兩個注入?yún)^(qū)上部淀積Ti/Au/Ni組合金屬，形成源極14，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，如圖3l。

步驟M.采用真空度小于1.8×10^-3Pa，功率范圍為200～1000W，蒸發(fā)速率小于工藝條件，使用電子束蒸發(fā)技術在整個襯底1的背面和兩個P柱2的背面上依次淀積Ni、Au金屬，形成肖特基漏極15，其中：Ni的厚度為0.05μm、Au的厚度為0.7μm，完成整個器件的制作，如圖3m。

本發(fā)明的效果可通過以下仿真進一步說明。

仿真1：對傳統(tǒng)GaN基電流孔徑異質(zhì)結(jié)晶體管和本發(fā)明器件的正向輸出電流進行仿真，結(jié)果如圖5，其中器件的柵壓均取4V。

由圖5可以看出：在相同的漏源電壓下，本發(fā)明器件的正向輸出電流均明顯大于傳統(tǒng)器件，通過計算得到本發(fā)明器件的導通電阻為2.0mΩ·cm²，而傳統(tǒng)器件的導通電阻為3.1mΩ·cm²，說明本發(fā)明器件的正向輸出特性明顯好于傳統(tǒng)器件的正向輸出特性。

仿真2：對本發(fā)明器件的反向阻斷特性進行仿真，結(jié)果如圖6，其中圖6(a)為反向阻斷狀態(tài)下的二維電場分布圖，圖6(b)為器件左側(cè)P柱的右邊緣附近的縱向一維電場分布圖。

由圖6(a)可以看出，由于采用了肖特基漏極及漏連接半超結(jié)，在-2778V的反向阻斷狀態(tài)下，本發(fā)明器件內(nèi)部的高場區(qū)面積較大，且結(jié)合圖6(b)可見，本發(fā)明器件中的電場分布很均勻，說明本發(fā)明器件可以有效實現(xiàn)反向阻斷功能。

以上描述僅是本發(fā)明的幾個具體實施例，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，顯然對于本領域的專業(yè)人員來說，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)明的方法進行形式和細節(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)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。