近日，美國(guó)研究人員表示氮化鎵（GaN）表面進(jìn)行氮化鎵再生長(zhǎng)技術(shù)有了新的突破。對(duì)于垂直GaN二極管再生長(zhǎng)技術(shù)，這次主要是針對(duì)于擊穿電壓的研究。研究人員聲稱(chēng)，他們已經(jīng)成功研制了GaN環(huán)境下目前擁有最高擊穿電壓（1.1kV）的垂直再生長(zhǎng)二極管。
近日，美國(guó)康奈爾大學(xué)聯(lián)合諾特丹大學(xué)以及IQE RF LLC公司共同研發(fā)出一款再生長(zhǎng)GaN二極管，研究人員表示這次的突破是理解再生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)通機(jī)制的重要一步，也是高性能垂直GaN開(kāi)關(guān)的選擇性摻雜技術(shù)的關(guān)鍵一環(huán)。
結(jié)構(gòu)
該器件的底層結(jié)構(gòu)由GaN襯底構(gòu)成，再通過(guò)金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀（MOCVD）工藝在其表面生長(zhǎng)8微米厚含有~2x1016/cm3濃度硅摻雜的GaN層。上表面再用鹽酸清洗，并使用分子束外延（MBE）在清潔的表面鍍上400nm ~1018/cm3的鎂摻雜P-GaN層和20nm的p++-GaN保護(hù)層。
如圖1所示，整個(gè)P極的結(jié)構(gòu)為梯形，并生長(zhǎng)在n型摻雜的GaN結(jié)構(gòu)上。正極材料采用了鈀或者金，負(fù)極材料采用了鈦或者金。整個(gè)器件使用旋涂式玻璃層覆蓋。
為什么不用MOCVD鍍膜？
其實(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，MOCVD工藝在再生長(zhǎng)中存在一些缺陷，比如在一些非平面結(jié)構(gòu)中的高幾率缺陷以及晶向摻雜中的高依賴(lài)性。同時(shí)，由于鎂記憶/擴(kuò)散效應(yīng)，在該工藝下，p型和n型摻雜材料的交界處會(huì)生長(zhǎng)出尖銳邊緣。除此之外，MOCVD中的氫氣也會(huì)影響p型摻雜層中的鎂。
圖1 （a）再生長(zhǎng)GaN二極管中的1/C2~V特性曲線（b）器件結(jié)構(gòu)圖以及n-GaN漂移層中的摻雜濃度變化
特性與優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)電容電壓測(cè)量方法，研究人員發(fā)現(xiàn)相比原生結(jié)構(gòu)的二極管內(nèi)建電壓（~3.2V），再生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)有一些降低(~2.2V)。這種電壓的變化極有可能是由于禁帶的變化以及缺陷密度上升。
研究人員同樣表示，對(duì)于原生的二極管，這種二極管在300-600nm之前的光譜強(qiáng)度是之前的三十分之一。這意味著這種再生長(zhǎng)二極管擁有更多的非輻射性復(fù)合過(guò)程。
與此同時(shí)，在一定溫度范圍內(nèi)（25-125°C）工作電阻（Ron）會(huì)隨之上升。這一趨勢(shì)意味著Ron的變化主要取決于n型摻雜層的電阻（rn）。因?yàn)椋挥谳^低位錯(cuò)密度中，n型摻雜的GaN中的電子遷移率受到了聲子散射的影響，從而隨著溫度的上升，遷移率開(kāi)始下降，電阻隨之上升。
根據(jù)研究人員測(cè)量，對(duì)于一個(gè)直徑為107微米的器件來(lái)說(shuō)，最大的反向擊穿電壓為1136V，在擊穿之前的漏電流的密度只有0.1A/cm2。而且，對(duì)于這種二極管，并未檢測(cè)到雪崩擊穿效應(yīng)發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
Z. Hu; K. Nomoto; M. Qi; W. Li; M. Zhu; X. Gao; D. Jena; H. G. Xing, "1.1 kV Vertical GaN p-n Diodes with p-GaN Regrown by Molecular Beam Epitaxy," in IEEE Electron Device Letters , vol.PP, no.99, pp.1-1doi: 10.1109/LED.2017.2720747
