CN111863952A - 常关型氮化镓基器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种常关型氮化镓基器件及其制作方法，主要解决现有功率开关器件存在的阈值电压低的问题，其自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)和保护层(11)，势垒层(3)的侧面刻有台面(9)，势垒层(3)的上部设有栅柱(6)；栅柱(6)的左右侧分别淀积有源极(7)和漏极(8)，栅柱(6)的上部淀积有栅极(10)。该栅柱(6)由P型层(4)和N型排柱(5)组成，N型排柱(5)是由若干个长方形N柱组成。本发明具有阈值电压高、可靠性好和制作工艺简单的优点，可作为开关器件。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种氮化镓基器件，可用于作为电力电子系统的基本器件。
技术背景
电力电子系统广泛应用于航空航天、工业设备、电动汽车、家用电器等众多领域，功率开关器件作为电力电子系统的重要元件，是实现能量转换与控制的重要工具。因此，功率开关器件的性能和可靠性对整个电力电子系统的各项技术指标和性能有着决定性影响。当前，Si基功率开关器件性能已经趋近其理论极限，不能满足下一代电力电子系统高温、高压、高频、高效和高功率密度的要求。而以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、临界击穿电场大、化学性质稳定的特点，在制备具有更低导通电阻、更快开关速度、更高击穿电压的功率开关器件方面，已展现出独特的优势。特别是基于GaN基异质结结构的高电子迁移率器件晶体管，即GaN基高电子迁移率晶体管HEMT功率开关器件，以其优异的功率特性，在国民经济与军事领域具有广阔和特殊的应用前景。
传统GaN基HEMT功率开关器件是基于GaN基异质结结构，其包括：衬底1、过渡层2、势垒层3、P型层4、栅柱5、源极6、漏极7、栅极8、台面9和保护层10；势垒层3上面的左侧淀积有源极6，势垒层3上面右侧淀积有漏极7，源极6和漏极7之间的势垒层3上面外延有P型层4，P型层4上淀积有栅极8，保护层10完全覆盖势垒层3、P型层4、源极6、漏极7和栅极8以上的区域，如图1所示。
然而，在传统GaN基HEMT功率开关器件中，P型层中P型杂质镁的激活率很低，难以实现高掺杂的P型层，导致器件阈值电压往往低于2V。且研究表明，过高掺杂浓度的P型层又会导致器件阈值电压的降低，参见On the physical operation and optimization ofthe p-GaN gate in normally-off GaN HEMT devices,Applied Physics Letters,Vol.110,No.12,pp.1-5,2017。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种常关型氮化镓基器件及其制作方法，以显著提高器件的阈值电压，减小器件制造难度，增强器件的可靠性。
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
一种常关型氮化镓基器件，自下而上包括：衬底1、过渡层2、势垒层3、保护层11；势垒层3的侧面刻有台面9，势垒层3上部的设有栅柱6；栅柱6的左右侧分别淀积有源极7和漏极8，其上部淀积有栅极10，其特征在于：
所述栅柱6由P型层4和N型排柱5组成，且外围设有保护层11，该N型排柱5包括m个等间距且大小相同的长方形N柱，m>0；
进一步，所述栅柱6的长度L≥4nm，栅极10的长度等于栅柱6的长度L。
进一步，所述栅柱6中每一个长方形N柱的宽度O1相同；相邻两个长方形N柱的间距为O2，第一个长方形N柱的左边缘与栅柱6的左边缘重合，第m个长方形N柱与栅柱6的右边缘间距为O3，O1＝O2＝O3，且(2m)×O1＝L。
进一步，所述P型层4的厚度h为20～1000nm，N型排柱(5)的深度为u，0＜u＜h。
进一步，所述P型层4的掺杂浓度为1×1015～5×1020cm-3，N型排柱5的掺杂浓度为1×1015～5×1020cm-3，且N型排柱5的掺杂浓度大于或等于P型层4的掺杂浓度。
进一步，所述栅极10采用多层金属组合，且最下层金属的功函数小于5eV，该最下层金属与N型排柱5中每个长方形N柱接触形成的势垒高度小于其与P型层4接触形成的势垒高度。
二、制作方法
本发明制作常关型氮化镓基器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)在衬底1上采用金属有机物化学气相淀积技术外延GaN基宽禁带半导体材料，形成厚度为1～10μm的过渡层2；
B)在过渡层2上采用金属有机物化学气相淀积技术外延GaN基宽禁带半导体材料，形成厚度为4～60nm的势垒层3；
C)在势垒层3上采用外延淀积技术外延P型GaN半导体材料，形成厚度为20～1000nm、掺杂浓度为1×1018～5×1020cm-3的P型层4；
D)在P型层4上第一次制作掩膜，利用该掩膜在P型层4的两侧进行刻蚀，且刻蚀至势垒层3上表面为止，形成长度L≥4nm的栅柱6；
E)制作N型排柱5：
在栅柱6上第二次制作掩膜，利用该掩膜在P型层4内部使用离子注入技术注入N型杂质，形成m个等间距且大小相同的长方形N柱，这m个长方形N柱形成N型排柱5；
F)制作源极7和漏极8：
在势垒层3和栅柱6的上部第三次制作掩膜，利用该掩模在势垒层3的两端采用电子束蒸发技术淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，形成源极7和漏极8；
G)在势垒层3、栅柱6、源极7和漏极8的上部第四次制作掩膜，利用该掩膜在源极7左侧与漏极8右侧的势垒层3上进行刻蚀，且刻蚀区深度大于势垒层厚度，形成台面9；
H)在势垒层3、栅柱6、源极7和漏极8、台面9的上部第五次制作掩膜，利用该掩膜在栅柱6的上部采用电子束蒸发技术淀积多层金属组合，且最下层金属的功函数小于5eV，该最下层金属与N型排柱5中每个长方形N柱接触形成的势垒高度小于其与P型层4接触形成的势垒高度，制作栅极10，栅极的长度等于栅柱6的长度；
I)在栅柱6、源极7和漏极8的上部及其外围区域，采用等离子体增强化学气相淀积技术淀积厚度为210～300nm的保护层11。
本发明器件与传统GaN基HEMT功率开关器件比较，具有以下优点：
本发明器件由于在栅极10下方采用了内嵌N型排柱的栅柱，且栅极金属与N型排柱5中每个长方形N柱接触形成的势垒高度小于其与P型层4接触形成的势垒高度，当栅极为正向偏置时，N型排柱5中每个长方形N柱与其临近P型层4所形成的PN结均处于反向偏置状态，这些反向偏置的PN结均会形成高阻空间电荷区，从而可分担绝大部分的栅极电压，且通过调节N型排柱5的掺杂浓度和深度、N型排柱5中长方形N柱的个数、P型层4的掺杂浓度和厚度等参数，可实现器件阈值电压的持续增加。因此，本发明器件可显著提高器件的阈值电压。
附图说明
图1是现有的GaN基HEMT功率开关器件的结构图；
图2是本发明常关型氮化镓基器件的结构图；
图3是本发明器件中栅柱沿自左向右的剖视图；
图4是本发明制作常关型氮化镓基器件的整体流程示意图；
图5是对传统器件及本发明器件仿真所得的转移特性曲线图。
具体实施方式
以下结合附图的实施例和效果作进一步详细描述。
参照图2，本实例给出的常关型氮化镓基器件包括：衬底1、过渡层2、势垒层3、P型层4、N型排柱5、栅柱6、源极7、漏极8、台面9、栅极10和保护层11。其中：
所述衬底1采用蓝宝石或碳化硅或硅材料。
所述过渡层2位于衬底1的上部，由若干层相同或不同的GaN基宽禁带半导体材料组成，其厚度为1～10μm。
所述势垒层3位于过渡层2的上部，是由若干层相同或不同的GaN基宽禁带半导体材料组成，其厚度为4～60nm。
所述栅柱6的长度L≥4nm，其由P型层4和N型排柱5组成，N型排柱5包括m个等间距且大小相同的长方形N柱，m>0；每一个长方形N柱的宽度O1相同，相邻两个长方形N柱的间距为O2，第一个长方形N柱的左边缘与栅柱6的左边缘重合，第m个长方形N柱与栅柱6的右边缘间距为O3，O1＝O2＝O3，且(2m)×O1＝L；所述P型层4的厚度h为20～1000nm，N型排柱5的深度为u，0＜u＜h，如图3；P型层4的掺杂浓度为1×1016～5×1020cm-3，N型排柱5的掺杂浓度为1×1016～5×1020cm-3，且N型排柱5的掺杂浓度大于或等于P型层4的掺杂浓度。
所述源极7和漏极8分别位于栅柱6的左右侧，源极7和漏极8的长度均为10～100μm，宽度均为20～200μm。
所述台面9位于势垒层3的两个边缘，该台面深度大于势垒层3的厚度。
所述栅极10位于栅柱7上，其长度等于栅柱7的长度，其采用多层金属组合，且最下层金属的功函数小于5eV，该最下层金属与N型排柱5中每个长方形N柱接触形成的势垒高度小于其与P型层4接触形成的势垒高度。
所述保护层11位于栅柱6的外围区域，其采用SiO2、SiN、Al2O3、Sc2O3、HfO2、TiO2中的任意一种或其它绝缘介质材料。
参照图4，本发明制作的常关型氮化镓基器件给出如下三种实施例。
实施例一：制作P型层4的厚度h为20nm、掺杂浓度为5×1020cm-3，N型排柱5的深度u为10nm、掺杂浓度为5×1020cm-3，长方形N柱的数目m为1个，栅柱6的长度L为4nm的常关型氮化镓基器件。
步骤1.在蓝宝石衬底1上外延GaN材料制作过渡层2，如图4a。
1a)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，其工艺条件为：温度为530℃，压强为45Torr，氢气流量为4400sccm，氨气流量为4400sccm，镓源流量为22μmol/min；
1b)使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN材料上外延厚度为0.97μm的GaN材料，形成未掺杂过渡层2，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。
步骤2.在未掺杂GaN过渡层2上淀积未掺杂的Al0.3Ga0.7N制作势垒层3，如图4b。
使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为4nm，且铝组分为0.3的未掺杂Al0.3Ga0.7N势垒层3，其工艺条件为：温度为980℃，压强为45Torr，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。
步骤3.在势垒层3上外延P型层4，如图4c。
使用金属有机物化学气相淀积技术，在势垒层3上外延厚度h为20nm、掺杂浓度为5×1020cm-3的p型GaN半导体材料，形成P型层4。
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。
步骤4.制作栅柱6，如图4d。
在P型层4上第一次制作掩膜，使用反应离子刻蚀技术在P型层4的两侧进行刻蚀，形成长度L为4nm的栅柱6，刻蚀深度为20nm，刻蚀采用的工艺条件是：Cl2流量为15sccm，压强为10mTorr，功率为100W。
步骤5.制作N型排柱5，如图4e。
在栅柱6上第二次制作掩膜，使用离子注入技术在栅柱6内掺入浓度为5×1020cm-3的N型杂质，形成深度u为10nm、宽度O1为2nm的1个长方形N柱，这1个长方形N柱形成N型排柱5，离子注入采用的工艺条件是：注入N型杂质为Si。
步骤6.制作源极7和漏极8，如图4f。
在势垒层3和栅柱6的上部第三次制作掩膜，利用该掩模在左右两边的势垒层3上使用电子束蒸发技术淀积金属，并在N2气氛中进行快速热退火，制作源极7和漏极8，其中所淀积的金属为Ti/Al/Ni/Au金属组合，即自下而上分别为Ti、Al、Ni与Au，其厚度为0.018μm/0.135μm/0.046μm/0.052μm。
淀积金属采用的工艺条件为：真空度小于1.8×10-3Pa，功率为400W，蒸发速率小于
快速热退火采用的工艺条件为：温度为850℃，时间为35s。
步骤7.制作台面9，如图4g。
在势垒层3、栅柱6、源极7和漏极8上第四次制作掩膜，利用该掩膜在源极7左边与漏极8右边的势垒层3上使用反应离子刻蚀技术进行刻蚀，形成台面9，刻蚀深度为80nm。
刻蚀采用的工艺条件为：Cl2流量为15sccm，压强为10mTorr，功率为100W。
步骤8.制作栅极10，如图4h。
在势垒层3、栅柱6、源极7、漏极8和台面9的上部第五次制作掩膜，利用该掩膜在栅柱6上使用电子束蒸发技术淀积金属，制作栅极10，栅极10的长度等于栅柱6的长度L，其中所淀积的金属为Gd/Au金属组合，即下层为Gd、上层为Au，其厚度为0.045μm/0.27μm。
淀积金属采用的工艺条件为：真空度小于1.8×10-3Pa，功率为200W，蒸发速率小于
步骤9.制作保护层11，如图4i。
使用等离子体增强化学气相淀积技术在栅柱6的外围区域淀积SiO2以制作保护层11，其厚度为0.56μm，从而完成整个器件的制作。
淀积保护层采用的工艺条件为：N2O流量为850sccm，SiH4流量为200sccm，温度为250℃，RF功率为20W，压强为1100mTorr。
实施例二：制作P型层4的厚度h为200nm、掺杂浓度为1×1019cm-3，N型排柱5的深度u为80nm、掺杂浓度为5×1019cm-3，长方形N柱的数目m为3个，栅柱6的长度L为1800nm的常关型氮化镓基器件。
步骤一.在碳化硅衬底1上外延GaN材料制作过渡层2，如图4a。
1.1)使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为1000℃，压强为45Torr，氢气流量为4600sccm，氨气流量为4600sccm，铝源流量为5μmol/min的工艺条件下，在碳化硅衬底1上外延厚度为100nm的未掺杂的AlN材料；
1.2)使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为1000℃，压强为45Torr，氢气流量为4600sccm，氨气流量为4600sccm，镓源流量为120μmol/min的工艺条件下，在AlN材料上外延厚度为4.9μm的GaN材料，完成过渡层2的制作。
步骤二.在未掺杂GaN过渡层2上淀积未掺杂的Al0.2Ga0.8N制作势垒层3，如图4b。
使用金属有机物化学气相淀积技术在温度为980℃，压强为45Torr，氢气流量为4600sccm，氨气流量为4600sccm，镓源流量为37μmol/min，铝源流量为7μmol/min的工艺条件下，在GaN过渡层2上淀积厚度为20nm，且铝组分为0.2的未掺杂Al0.2Ga0.8N势垒层3。
步骤三.在势垒层3上外延P型层4，如图4c。
使用分子束外延淀积技术在以高纯Mg源为掺杂剂，真空度小于等于1.0×10- 10mbar，射频功率为350W，反应剂采用N2、高纯Ga源的工艺条件下，在势垒层3上外延厚度h为200nm、掺杂浓度为1×1019cm-3的p型GaN半导体材料，形成P型层4。
步骤四.制作栅柱6，如图4d。
在P型层4上第一次制作掩膜，使用反应离子刻蚀技术在Cl2流量为15sccm，压强为10mTorr，功率为100W的工艺条件下，在P型层4的两侧进行刻蚀，形成长度L为1800nm的栅柱6，刻蚀深度为200nm。
步骤五.制作N型排柱5，如图4e。
在栅柱6上第二次制作掩膜，使用离子注入技术在注入N型杂质为Si的工艺条件下，在栅柱6内掺入浓度为5×1019cm-3的N型杂质，形成深度u为80nm、宽度O1为300nm的3个长方形N柱，这3个长方形N柱形成N型排柱5。
步骤六.制作源极7和漏极8，如图4f。
在势垒层3和栅柱6的上部第三次制作掩膜，利用该掩模在左右两边的势垒层3上使用电子束蒸发技术在真空度小于1.8×10-3Pa，功率为400W，蒸发速率小于
的工艺条件下，淀积金属，并在温度为850℃，时间为35s的工艺条件下，在N2气氛中进行快速热退火，制作源极7和漏极8，其中所淀积的金属为Ti/Al/Mo/Au金属组合，即自下而上分别为Ti、Al、Mo与Au，其厚度为0.015μm/0.132μm/0.048μm/0.056μm。
步骤七.制作台面9，如图4g。
在势垒层3、栅柱6、源极7和漏极8上第四次制作掩膜，利用该掩膜在源极7左边与漏极8右边的势垒层3上使用反应离子刻蚀技术在Cl2流量为15sccm，压强为10mTorr，功率为100W的工艺条件下，向下垂直刻蚀200nm，以形成台面9。
步骤八.制作栅极10，如图4h。
在势垒层3、栅柱6、源极7、漏极8和台面9的上部第五次制作掩膜，利用该掩膜在栅柱6上使用电子束蒸发技术在真空度小于1.8×10-3Pa，功率为600W，蒸发速率小于
的工艺条件下，淀积Zr/Pt金属组合，下层Zr的厚度为0.18μm，上层Pt的厚度0.32μm，形成栅极10，栅极10的长度等于栅柱6的长度L。
步骤九.制作保护层11，如图4i。
使用等离子体增强化学气相淀积技术在N2O流量为850sccm，SiH4流量为200sccm，温度为250℃，RF功率为50W，压强为1100mTorr的工艺条件下，在栅柱6的外围区域淀积SiO2以制作保护层11，其厚度为0.7μm，从而完成整个器件的制作。
实施例三：制作P型层4的厚度h为300nm、掺杂浓度为1×1016cm-3，N型排柱5的深度u为250nm、掺杂浓度为1×1016cm-3，长方形N柱的数目m为5个，栅柱6的长度L为5000nm的常关型氮化镓基器件。
步骤A.在硅衬底1上自下而上外延AlN与GaN材料制作过渡层2，如图4a。
A1)设温度为800℃，压强为40Torr，氢气流量为4000sccm，氨气流量为4000sccm，铝源流量为25μmol/min的工艺条件，使用金属有机物化学气相淀积技术在硅衬底1上外延厚度为400nm的AlN材料；
A2)设温度为980℃，压强为45Torr，氢气流量为4000sccm，氨气流量为4000sccm，镓源流量为120μmol/min的工艺条件，使用金属有机物化学气相淀积技术在AlN材料上外延厚度为9.6μm的GaN材料，完成过渡层2制作。
步骤B.在未掺杂GaN过渡层2上淀积未掺杂的Al0.1Ga0.9N制作势垒层3，如图4b。
设温度为980℃，压强为45Torr，氢气流量为4200sccm，氨气流量为4200sccm，镓源流量为33μmol/min，铝源流量为7μmol/min的工艺条件，使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为60nm，且铝组分为0.1的未掺杂Al0.1Ga0.9N势垒层3。
步骤C.在势垒层3上外延P型层4，如图4c。
设温度为950℃，压强为40Torr，氢气流量为4100sccm，以高纯Mg源为掺杂剂，氨气流量为4100sccm，镓源流量为105μmol/min的工艺条件，使用金属有机物化学气相淀积技术，在势垒层3上外延厚度h为300nm、掺杂浓度为1×1016cm-3的p型GaN半导体材料，形成P型层4。
步骤D.制作栅柱6，如图4d。
设Cl2流量为15sccm，压强为10mTorr，功率为100W的工艺条件，在P型层4上第一次制作掩膜，使用反应离子刻蚀技术在P型层4的两侧进行刻蚀，形成长度L为5000nm的栅柱6，刻蚀深度为300nm。
步骤E.制作N型排柱5，如图4e。
设注入N型杂质为Si的工艺条件，在栅柱6上第二次制作掩膜，使用离子注入技术在栅柱6内掺入浓度为1×1016cm-3的N型杂质，形成深度u为250nm、宽度O1为500nm的5个长方形N柱，这5个长方形N柱形成N型排柱5。
步骤F.制作源极7和漏极8，如图4f。
设真空度小于1.8×10-3Pa，功率为400W，蒸发速率小于
的工艺条件，在势垒层3和栅柱6的上部第三次制作掩膜，利用该掩模在左右两边的势垒层3上使用电子束蒸发技术淀积金属，并设温度为850℃，时间为35s的工艺条件，在N2气氛中进行快速热退火，制作源极7和漏极8，其中所淀积的金属为Ti/Al/Ti/Au金属组合，即自下而上分别为Ti、Al、Ti与Au，其厚度为0.012μm/0.136μm/0.041μm/0.059μm。
步骤G.制作台面9，如图4g。
设Cl2流量为15sccm，压强为10mTorr，功率为100W的工艺条件，在势垒层3、栅柱6、源极7和漏极8上第四次制作掩膜，利用该掩膜在源极7左边与漏极8右边的势垒层3上使用反应离子刻蚀技术进行刻蚀，形成台面9，刻蚀深度为400nm。
步骤H.制作栅极10，如图4h。
设真空度小于1.8×10-3Pa，功率为1000W，蒸发速率小于
的工艺条件，在势垒层3、栅柱6、源极7、漏极8和台面9的上部第五次制作掩膜，利用该掩膜在栅柱6上使用电子束蒸发技术淀积金属，制作栅极10，栅极10的长度等于栅柱6的长度L，其中所淀积的金属为Ta/Ni金属组合，即下层为Ta、上层为Ni，其厚度为0.25μm/0.38μm。
步骤I.制作保护层11，如图4i。
设温度为250℃，RF功率为100W，压强为1100mTorr，N2O流量为850sccm，SiH4流量为200sccm的工艺条件，使用等离子体增强化学气相淀积技术在栅柱6的外围区域淀积SiO2以制作保护层11，其厚度为1μm，从而完成整个器件的制作。
本发明的效果可通过以下仿真进一步说明。
对传统器件和本发明器件的实施例2分别进行转移特性仿真，结果如图5。
由图5可以看出，传统器件的阈值电压为1V，而本发明器件的阈值电压为11.5V，说明本发明器件的阈值电压明显大于传统器件的阈值电压。
以上描述仅是本发明的三个具体实施例，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。
Claims (8)
1.一种常关型氮化镓基器件，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)、保护层(11)；势垒层(3)的侧面刻有台面(9)，势垒层(3)的上部设有栅柱(6)；栅柱(6)的左右侧分别淀积有源极(7)和漏极(8)，其上部淀积有栅极(10)，其特征在于：
所述栅柱(6)由P型层(4)和N型排柱(5)组成，且外围设有保护层(11)，该N型排柱(5)包括m个等间距且大小相同的长方形N柱，m>0。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于所述栅柱(6)的长度L≥4nm，栅极(10)的长度等于栅柱(6)的长度L。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于所述栅柱(6)中每一个长方形N柱的宽度O1相同；相邻两个长方形N柱的间距为O2，第一个长方形N柱的左边缘与栅柱(6)的左边缘重合，第m个长方形N柱与栅柱(6)的右边缘间距为O3，O1＝O2＝O3，且(2m)×O1＝L。
4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于所述P型层(4)的厚度h为20～1000nm，N型排柱(5)的深度为u，0＜u＜h。
5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：
所述P型层(4)的掺杂浓度为1×1016～5×1020cm-3，N型排柱(5)的掺杂浓度为1×1016～5×1020cm-3，且N型排柱(5)的掺杂浓度大于或等于P型层(4)的掺杂浓度。
6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述栅极(10)采用多层金属组合，且最下层金属的功函数小于5eV，该最下层金属与N型排柱(5)中每个长方形N柱接触形成的势垒高度小于其与P型层(4)接触形成的势垒高度。
7.一种制作常关型氮化镓基器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)在衬底(1)上采用金属有机物化学气相淀积技术外延GaN基宽禁带半导体材料，形成厚度为1～10μm的过渡层(2)；
B)在过渡层(2)上采用金属有机物化学气相淀积技术外延GaN基宽禁带半导体材料，形成厚度为4～60nm的势垒层(3)；
C)在势垒层(3)上采用外延淀积技术外延P型GaN半导体材料，形成厚度为20～1000nm、掺杂浓度为5×1016～5×1020cm-3的P型层(4)；
D)在P型层(4)上第一次制作掩膜，利用该掩膜在P型层(4)的两侧进行刻蚀，且刻蚀至势垒层(3)上表面为止，形成长度L≥4nm的栅柱(6)；
E)制作N型排柱(5)：
在栅柱(6)上第二次制作掩膜，利用该掩膜在P型层(4)内部使用离子注入技术注入N型杂质，形成m个等间距且大小相同的长方形N柱，这m个长方形N柱形成N型排柱(5)；
F)制作源极(7)和漏极(8)：
在势垒层(3)和栅柱(6)的上部第三次制作掩膜，利用该掩模在势垒层(3)的两端采用电子束蒸发技术淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，形成源极(7)和漏极(8)；
G)在势垒层(3)、栅柱(6)、源极(7)和漏极(8)的上部第四次制作掩膜，利用该掩膜在源极(7)左侧与漏极(8)右侧的势垒层(3)上进行刻蚀，且刻蚀区深度大于势垒层厚度，形成台面(9)；
H)在势垒层(3)、栅柱(6)、源极(7)和漏极(8)、台面(9)的上部第五次制作掩膜，利用该掩膜在栅柱(6)的上部采用电子束蒸发技术淀积多层金属组合，且最下层金属的功函数小于5eV，该最下层金属与N型排柱(5)中每个长方形N柱接触形成的势垒高度小于其与P型层(4)接触形成的势垒高度，制作栅极(10)，栅极(10)的长度等于栅柱(6)的长度；
I)在栅柱(6)、源极(7)和漏极(8)的上部及其外围区域，采用等离子体增强化学气相淀积技术淀积厚度为210～300nm的保护层(11)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述电子束蒸发技术，其工艺条件为：真空度小于1.8×10-3Pa，功率为200～1000W，蒸发速率小于
所述等离子体增强化学气相淀积技术，其工艺条件为N2O流量为850sccm，SiH4流量为200sccm，温度为250℃，RF功率为20～100W，压力为1100mT。
所述离子注入技术，其工艺条件为注入N型杂质Si。
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