基于全HVPE生長(zhǎng)、具有創(chuàng)紀(jì)錄的高品質(zhì)優(yōu)值(1.1 GW/cm2)的垂直GaN肖特基勢(shì)壘二極管
劉新科，IEEE會(huì)員，鄒蘋，王灝帆，林鈺恒、吳鈞燁、陳增發(fā)、王新中、IEEE資深會(huì)員、黃雙武
摘要：本文首次報(bào)道了由氫化物氣相外延(HVPE)生長(zhǎng)的垂直GaN-on-GaN肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)。由于HVPE生長(zhǎng)的碳雜質(zhì)濃度較低，電場(chǎng)有效遷移率從734 cm2•V-1•s-1提高到1188 cm2•V-1•s-1。利用該技術(shù)制備的器件具有0.52 V的低開啟電壓和7.1×109的高開關(guān)比。電流密度為500 A/cm2時(shí)，比導(dǎo)通電阻RON為1.69 mΩ•cm2。采用He注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)了1370 V的高擊穿電壓VBR。迄今為止，這在已報(bào)道的具有指定陽(yáng)極尺寸的垂直GaN肖特基勢(shì)壘二極管中，已實(shí)現(xiàn)了最高性能值(VBR2/RON)為1.1 GW/cm2。
關(guān)鍵詞：GaN-on-GaN；氫化物氣相外延；氦離子注入；低導(dǎo)通電壓；高遷移率；高品質(zhì)系數(shù)
I.介紹
由于GaN具有優(yōu)異的材料性能，如寬帶隙(3.4 eV)、高介電強(qiáng)度(~9)、高導(dǎo)熱系數(shù)(~1.3 W/(cm·K))、高電子飽和度和電子遷移率[1]-[3]，因此被認(rèn)為是高壓、高頻和大功率應(yīng)用的有前途的候選者。對(duì)于功率器件而言，垂直結(jié)構(gòu)在提高電流密度和擊穿電壓方面優(yōu)于橫向結(jié)構(gòu)，后者通常制造在異質(zhì)外延生長(zhǎng)的襯底上，如硅，藍(lán)寶石和碳化硅，由于GaN和外源襯底引起的晶格失配和熱失配，其表現(xiàn)出高密度的螺位錯(cuò)(TDD) (108-1012 cm-2)[4]-[6]。這大約是垂直結(jié)構(gòu)(104-106 cm-2)的106倍。對(duì)于垂直GaN肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)，由于肖特基電極邊緣的電場(chǎng)濃度導(dǎo)致器件在反向偏置下過早坍塌，器件的實(shí)際擊穿電壓遠(yuǎn)低于理論值[7]。近年來，為了提高垂直SBD的擊穿電壓，人們做了許多工作，如場(chǎng)板、金屬場(chǎng)環(huán)、等離子體處理、納米線[8]-[11]、離子注入[12]、[13]等。其中，He離子注入由X. Liu等人提出。[1]已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1.7 kV的VBR。然而，理論值之間仍有一定的差距，可能的原因之一是GaN外延中的碳雜質(zhì)濃度過高。
圖1：(a)由全HVPE生長(zhǎng)的垂直GaN SBD結(jié)構(gòu)示意圖。(b)制備器件在2英寸獨(dú)立(FS)-GaN晶圓片上的光學(xué)圖像。(c)和(d)由第一性原理計(jì)算的GaN材料中碳雜質(zhì)的缺陷類型。(e) MOCVD生長(zhǎng)漂移層和(f) HVPE生長(zhǎng)漂移層的PL光譜。(e)中500~650 nm范圍內(nèi)的板峰與GaN外延的深態(tài)和缺陷有關(guān)。(g) SIMS測(cè)試的漂移層碳雜質(zhì)濃度。(h)和(i) XPS測(cè)量的hvpe基外延中硅含量和碳含量的比例。
特別是，由于摻雜精度和厚度控制的優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)垂直SBD的n-GaN漂移層都是通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)制備的[13,14]。然而，MOCVD外延很容易在外延層的帶隙內(nèi)引入無意中與深能級(jí)相關(guān)的碳原子[15]。因此，控制漂移層中的碳濃度至關(guān)重要。氫化物氣相外延(HVPE)是一種非常出色的獨(dú)立GaN襯底生長(zhǎng)方法[16]-[18]，它有效地用于垂直GaN功率器件的制造，如肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)和PN結(jié)二極管(PNDS)。這是因?yàn)镠VPE方法使用無碳源GaCl和/或GaCl3作為Ga前驅(qū)體，其典型生長(zhǎng)速率在100 μm/h以上。這些特性適合在低碳濃度下生長(zhǎng)厚GaN漂移層[19]-[21]。
本文首次展示了利用氫化物氣相外延技術(shù)(HVPE)生長(zhǎng)低碳雜質(zhì)濃度的高質(zhì)量n-GaN漂移層，該漂移層也可用于制造高性能的垂直GaN SBD。使用指定的陽(yáng)極尺寸(注意，我們?cè)谶@里與已經(jīng)聲明器件陽(yáng)極尺寸的工作進(jìn)行比較)，在本工作中獲得了垂直GaN SBD最高的VBR2/RON ，為1.1 GW/cm2。
II.器件制備
圖1(a)顯示了垂直GaN SBD的結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)由摻雜硅的300 μm厚GaN襯底(中鎵半導(dǎo)體)和摻雜濃度為2.1×1016 cm−3的HVPE生長(zhǎng)的硅輕摻雜20 μm厚漂移層組成。圖1(b)顯示了該器件在由全HVPE生長(zhǎng)的2英寸獨(dú)立(FS)-GaN晶圓上的光學(xué)圖像。在塊狀GaN襯底上制作垂直GaN SBD的關(guān)鍵器件工藝主要包括以下幾個(gè)方面。首先，對(duì)襯底進(jìn)行預(yù)清洗，包括10分鐘丙酮、10分鐘異丙醇脫脂和10分鐘水氧化魚溶液(H2O2:H2SO4 = 1:4)浸泡步驟，以去除有機(jī)殘留物。然后，用HVPE在清洗后的襯底上生長(zhǎng)n-GaN漂移層。以液態(tài)鎵為Ga前驅(qū)體，氨氣為N，反應(yīng)過程如下:
液態(tài)Ga與氣態(tài)Hcl在850°C下反應(yīng)生成中間反應(yīng)物GaCl, GaCl與NH3在1050°C下反應(yīng)在襯底上生成GaN，實(shí)際生長(zhǎng)速率為15 μm/h。采用BCl3/Cl2等離子體刻蝕技術(shù)制備了厚度為1.2 μm、直徑為150 μm的表面結(jié)構(gòu)。
為了提高離子分布的均勻性，引入了兩步能量注入。He離子注入在室溫下進(jìn)行，入射角為7°。在1×1015 cm-2的相同劑量下，以120 keV和50 keV兩個(gè)能級(jí)注入He離子，通過停止和物質(zhì)中離子范圍(SRIM)模擬估計(jì)其形成的注入深度為500 nm[22]，[23]。He離子注入后，根據(jù)傳輸線法(TLM)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚24]，在注入?yún)^(qū)形成了一個(gè)6.7×109 Ω/□的方塊電阻，表明形成了高阻區(qū)。通過真空蒸發(fā)器(ASB-EPI-C6)在襯底背面沉積Ti/Al/Ni/Au (25/100/20/80 nm)形成歐姆接觸，然后在N2氛圍中800°C快速熱退火(RTA) 1 min。制備了直徑為100 μm的Ni/Au (30/100 nm)接觸面作為陽(yáng)極電極。采用相同的工藝制備了由MOCVD生長(zhǎng)漂移層的垂直GaN器件進(jìn)行比較。
圖2：(a)和(b)分別在2英寸晶圓上測(cè)試了13點(diǎn)AFM粗糙度和陰極發(fā)光表征位錯(cuò)密度。(c)和(d) HVPE分別生長(zhǎng)(002)和(102)晶向的FWMH。(e) He未植入GaN面和(f) He植入GaN面后RSM沿(105)方向變化。(g) - (k)制備的HVPE生長(zhǎng)的垂直GaN SBD的透射電鏡橫截面圖像。
III.結(jié)論與討論
如圖1(c)和(d)所示，碳雜質(zhì)被摻入GaN晶格并占據(jù)鎵位(CGa)或氮位(CN)[25]。室溫光致發(fā)光(RT-PL)光譜主要是在約365 nm處的近帶邊紫外躍遷。另外，在429nm和564 nm處分別觀察到兩個(gè)相對(duì)較弱的藍(lán)色和黃色發(fā)光峰，弱黃色發(fā)光源于淺給體和深給體(CN)之間的躍遷[26]，而弱藍(lán)色發(fā)光是由深給體(CGa)向(CN)的電子轉(zhuǎn)移引起的。如圖1(e)和(f)所示，HVPE生長(zhǎng)的外延由于碳雜質(zhì)含量低，其PL缺陷發(fā)射峰較弱。圖1(g)為HVPE和MOCVD生長(zhǎng)的漂移層中的碳雜質(zhì)濃度。HVPE中碳雜質(zhì)濃度((5.5±0.2)×1015 (Atoms/cm3))顯著低于MOCVD((3.1±0.2)×1016 (Atoms/cm3))，也低于檢測(cè)限(1.0×1016 (Atoms/cm3))。Si和O元素的濃度也進(jìn)行了測(cè)試，它們相差很小。圖1(h)和(i)為XPS圖像，碳雜質(zhì)峰(C1s)的面積約為硅雜質(zhì)峰(Si2p)的1/30倍。按公式[27]計(jì)算摩爾比為:
式中n1和n2為C和Si的原子序數(shù)，I1和I2為XPS峰面積，S1和S2為靈敏度因子。測(cè)定了HVPE生長(zhǎng)的漂移層中碳雜質(zhì)濃度約為~1.2×1015 (Atoms/cm3)。
圖2(a)為HVPE生長(zhǎng)外延的原子力顯微鏡(AFM)照片和粗糙度的RMS值，13個(gè)測(cè)試點(diǎn)的粗糙度約為 ～0.55 nm。圖2(b)為13個(gè)不同測(cè)試點(diǎn)陰極發(fā)光(CL)圖像中基于黑點(diǎn)的螺位錯(cuò)密度(TDD)，平均TDD為~2×106 cm-2。x射線衍射(XRD)搖擺曲線(圖2(c)和(d))中(002)和(102)的半峰寬分別為42.5和37.5弧秒，位錯(cuò)密度可由式(4)計(jì)算[28]:
式中Dtotal為位錯(cuò)密度，第一項(xiàng)Dscrew為螺位錯(cuò)密度，第二項(xiàng)Dedge為刃位錯(cuò)密度，β(002)和β(102)分別為(002)面和(102)面的半寬FWMH, b1和b2的值分別為GaN材料的c軸和a軸晶格常數(shù)。表明螺位錯(cuò)密度為4.0×106，刃位錯(cuò)密度為1.7×106 cm-2，總位錯(cuò)密度為5.7×106 cm-2，與CL測(cè)量值一致。
通常，離子注入是為了提高器件的擊穿電壓。本文分析了HVPE生長(zhǎng)的漂移層中He離子的影響。表征He注入后器件內(nèi)部晶格性質(zhì)的變化并揭示其應(yīng)變-應(yīng)力機(jī)制對(duì)于分析器件對(duì)電子性能的影響至關(guān)重要，因?yàn)镠e注入后GaN區(qū)域的應(yīng)變應(yīng)力可能降低電子遷移率[29]-[31]。圖2(e)和(f)顯示了未注入He和注入He樣品在(105)平面上的倒易空間映射(RSM)。RSM實(shí)驗(yàn)在兩個(gè)由HVPE生長(zhǎng)的GaN空白樣品(1×2 cm2)上進(jìn)行，其中一個(gè)注入He離子，另一個(gè)未注入。圖2(e)和(f)所示的RSM可以得到GaN樣品的晶格參數(shù)和應(yīng)力應(yīng)變。RSM可以用來了解GaN漂移層中的晶體特性和分析應(yīng)力應(yīng)變。由于離子注入深度約為500 nm，沒有穿透整個(gè)GaN材料，在圖2(f)中He注入樣品中可以清晰地看到兩個(gè)分裂峰?？梢哉J(rèn)為離子注入改變了氮化鎵的晶格。因此，在氦注入?yún)^(qū)域會(huì)產(chǎn)生一種應(yīng)變?；诜菍?duì)稱RSM掃描的信息，六邊形結(jié)構(gòu)的晶格參數(shù)(a和c)由式(5)計(jì)算[32]，[33]。從未配對(duì)的RSM測(cè)量計(jì)算GaN晶格參數(shù)
通過非對(duì)稱RSM測(cè)量計(jì)算GaN晶格參數(shù)(在這種特殊情況下，h = 1, k = 0和l = 5)。由于GaN He注入?yún)^(qū)沿a軸(面內(nèi))方向存在壓應(yīng)變，計(jì)算得到的a小于Vigard定律得到的未應(yīng)變值a0(低至0.063%)。計(jì)算得到的c值高于未應(yīng)變值(c0)(高達(dá)0.308%)，說明注入?yún)^(qū)存在沿c軸(面外)方向的拉伸應(yīng)變。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算出的a小于由維加德定律得到的未應(yīng)變(a0)，減小了0.063%。這是由于氮化鎵的a軸(平面內(nèi))壓縮應(yīng)變。與未植入相比，這可能會(huì)增加器件的導(dǎo)通電阻。HVPE生長(zhǎng)的He注入?yún)^(qū)和未注入?yún)^(qū)分別拍攝高分辨率TEM圖像，如圖2(g)-(k)所示。He注入引起的晶格缺陷觀察不明顯。納米束電子衍射(NBD)衍射圖表明，在He注入和未注入的情況下，GaN區(qū)域的結(jié)晶質(zhì)量非常高?？刂茀^(qū)GaN的晶格計(jì)算為a = 0.3189 nm, c = 0.5184 nm，與文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)據(jù)一致[34]。He注入后，a軸的晶格常數(shù)降低到0.3166 nm(低至0.72%)，c軸的晶格常數(shù)增加到0.5199 nm(高至0.159%)。由此可見，He注入后，晶格a方向產(chǎn)生壓應(yīng)變/應(yīng)力，c方向產(chǎn)生拉應(yīng)變/應(yīng)力。該結(jié)果與RSM試驗(yàn)結(jié)果一致。
圖3：(a)兩個(gè)器件的正向J-V特性和特定導(dǎo)通電阻RON。(b)兩種裝置的J-V日志特性。HVPE和MOCVD生長(zhǎng)的器件的離子/開關(guān)比分別為7.1×109和4.9×108 (c)兩種器件的詳細(xì)電容-電壓(c−V)圖和插入值為1/C2-V圖。(d)室溫下HVPE生長(zhǎng)垂直器件的襯底電阻Rsub、歐姆接觸電阻Rc和漂移層電阻Rdrift的比值(e) MOCVD生長(zhǎng)垂直器件的電阻Rdrift。
如圖3(a)所示，HVPE和MOCVD生長(zhǎng)器件的開啟電壓VON分別為0.52 V和0.58 V，比導(dǎo)通電阻RON分別為1.69 mΩ·cm2和2.1 mΩ·cm2。在低電流水平下，SBD的主要電流傳導(dǎo)機(jī)制是熱離子發(fā)射(TE)?；谠撃Ｐ停琒BD的正I-V關(guān)系如式(6)所示[35]。
式中，J、A*、T、q、?B、V、k、n分別為飽和電流密度、理查德森常數(shù)(26.4 A·cm-2·k -2)、絕對(duì)溫度、電子電荷、Schottky勢(shì)壘高度、正向偏置電壓、玻爾茲曼常數(shù)和理想因子。如圖3(b)所示，HVPE和MOCVD生長(zhǎng)的器件的開關(guān)比分別為7.1×109和4.9×108。如圖3(c)所示，采用電容-電壓(c -v)法，凈載流子濃度(ND-NA)可由下式求得[36]:
式中，A為器件電極有效面積，q為電子電荷(1.602×10-19 C)，ε0為真空介電常數(shù)(8.854×10-12 F/m)，εr為GaN的相對(duì)介電常數(shù)。HVPE和MOCVD生長(zhǎng)漂移層的凈載流子濃度(ND-NA)在1 MHz時(shí)分別為~2.1×1016 cm-3和~1.9×1016 cm-3。據(jù)報(bào)道，氮位上的碳(CN)會(huì)產(chǎn)生載流子補(bǔ)償和非平衡載流子的捕獲[37]。
圖4：(a)和(b)為He離子注入后垂直GaN SBD的電場(chǎng)模擬(-1000 V)，以突出He離子注入后的電場(chǎng)變化。(c)肖特基結(jié)邊緣沿切線提取的電場(chǎng)分布。(d)分別由HVPE和MOCVD生長(zhǎng)的垂直GaN二極管的反向I-V特性。(e)反向電壓下肖特基接觸界面處/附近可能的載流子泄漏機(jī)制。TFE、VRH和SCLC三種滲漏機(jī)制的比較。(f) HVPE生長(zhǎng)的2英寸晶圓上15點(diǎn)沿x軸和y軸的擊穿電壓。
因此，在外延生長(zhǎng)過程中控制相同Si摻雜濃度的情況下，基于MOCVD生長(zhǎng)的漂移層的凈載流子濃度(ND-NA)會(huì)略低于HVPE。表明載流子復(fù)合過程受GaN中碳原子形成的深能級(jí)影響[38]。如圖1(a)所示，根據(jù)器件的結(jié)構(gòu)，器件的總電阻Ron分為襯底部分、漂移層部分和歐姆接觸三部分[39]:
其中Rsub為襯底電阻，Rc為來自傳輸線法(TLM)測(cè)試模型的歐姆接觸電阻(兩個(gè)器件的比接觸電阻率為~ 9.3×10-4 Ω·cm2)， Rdrift為漂移層電阻。Rsh為襯底的方塊電阻，d為襯底的厚度。HVPE和MOCVD生長(zhǎng)的器件中各組分的百分比如圖3(d)和(e)所示，兩種器件的Rsub和Rc結(jié)果分別為Rsub = 0.30 mΩ·cm2和Rc = 0.9 mΩ·cm2。然而，與MOCVD相比，HVPE生長(zhǎng)的漂移層(Rdrift)電阻從0.9 mΩ·cm2降低到0.49 mΩ·cm2。
圖4(a)和(b)分別為He注入終端和未注入終端時(shí)器件的電場(chǎng)強(qiáng)度分布仿真圖。圖4(c)顯示了分別施加1000 V反向電壓時(shí)，器件沿圖4(a)所示切線的電場(chǎng)強(qiáng)度。He注入終端可以顯著降低肖特基電極邊緣處的表面峰值電場(chǎng)，使器件的擊穿模式由邊緣擊穿轉(zhuǎn)變?yōu)轶w擊穿，為了防止器件提前擊穿并提高擊穿電壓。如圖4(d)所示，HVPE生長(zhǎng)的器件擊穿電壓為1370 V, MOCVD生長(zhǎng)的器件擊穿電壓為1080 V。在不同的反向電壓下，SBD的漏電流機(jī)理是不同的。對(duì)于HVPE生長(zhǎng)的器件，當(dāng)反向電壓低于200 V時(shí)，泄漏電流與經(jīng)典的熱離子場(chǎng)發(fā)射(TFE)模型[40]相似，TFE基于通過肖特基勢(shì)壘的隧穿過程。然而，在較高的反向電壓(200-1100 V)下，與可變跳程(VRH)模型存在偏差。VRH將有助于塊狀GaN中的位錯(cuò)跳變，這通常在GaN PN二極管中觀察到，其中電場(chǎng)峰值在塊狀GaN內(nèi)。較高的VBR表明電場(chǎng)強(qiáng)度峰值從GaN表面的肖特基結(jié)轉(zhuǎn)移到GaN體。當(dāng)反向電壓大于1200V時(shí)，電流隨I∝Vn的函數(shù)增大得更快，直到在1300V處出現(xiàn)峰。這種行為表明存在陷阱空間電荷限制電流(SCLC)[40]。這個(gè)峰電壓決定VBR。HVPE生長(zhǎng)的SBD具有的泄漏和VBR機(jī)制，與GaN垂直PN二極管相似。圖4(e)為三種泄漏機(jī)制的微觀電子示意圖[41]。圖4(f)分別顯示了HVPE生長(zhǎng)的2英寸晶圓上沿x軸和y軸15點(diǎn)的擊穿電壓。
圖5：(a)在298 ~ 473 K范圍內(nèi)MOCVD生長(zhǎng)器件的正向I-V特性隨溫度變化。插圖:計(jì)算肖特基勢(shì)壘高度作為t的函數(shù)。(b) HVPE生長(zhǎng)器件的溫度依賴的正向I-V特性。插圖:計(jì)算出肖特基勢(shì)壘高度隨t的函數(shù)。(c) HVPE生長(zhǎng)器件和(d) MOCVD生長(zhǎng)器件在反向電壓下肖特基接觸界面處/附近的載流子泄漏機(jī)理。(e)兩個(gè)二極管的理想系數(shù)和Ron隨溫度的函數(shù)。(f)兩個(gè)二極管的場(chǎng)有效遷移率隨溫度的函數(shù)。當(dāng)溫度從298 K增加到423 K時(shí)，由于聲子散射，場(chǎng)的有效遷移率降低。
圖5(a)和(b)分別顯示了MOCVD和HVPE生長(zhǎng)的器件在298 K到423 K范圍內(nèi)隨溫度變化的正向I-V特性。插圖:計(jì)算出的肖特基勢(shì)壘高度(SBH)隨溫度(T)的變化。從I-V特性中提取的SBH表明，HVPE生長(zhǎng)的器件的SBH略高于MOCVD生長(zhǎng)的器件。這是由于HVPE生長(zhǎng)導(dǎo)致的低碳濃度，并且界面上的電子需要越過更高的勢(shì)壘。對(duì)于MOCVD生長(zhǎng)的器件，電子可以通過碳形成的缺陷層傳導(dǎo)，因此有效的SBH會(huì)稍微降低。
圖6：。(a)反向偏置為600 V時(shí)的開關(guān)性能;(b)正向電流為300 A /cm2，開關(guān)速度為1 kHz。(c)本研究中RON與VBR的基準(zhǔn)，以及之前報(bào)道的具有指示陽(yáng)極尺寸的垂直GaN SBD。(d)具有指定陽(yáng)極尺寸的垂直GaN SBD的FOM與VBR的基準(zhǔn)。HVPE生長(zhǎng)的垂直GaN SBD的功率器件性能系數(shù)(VBR2/RON)為1.1 GW·cm-2。
如圖5 (c)和(d)所示。熱離子發(fā)射(TE)被認(rèn)為是低電流水平下主要的電流傳導(dǎo)機(jī)制，參考文獻(xiàn)[39]報(bào)道了熱離子發(fā)射(TE)模型后SBD的正向I-V關(guān)系。理想因子n作為電壓的函數(shù)，提取方法為:
其中q是電子電荷，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度，J是電流密度。采用Fu等人開發(fā)的方法。[39]，兩種器件的理想因子和Ron隨溫度的函數(shù)如圖5(c)所示。不同溫度下的遷移率可根據(jù)公式計(jì)算為
其中μ、t、N分別為電子遷移率、厚度和自由載流子濃度。這些不理想的電特性可歸因于肖特基勢(shì)壘高度的不均勻性和接觸界面的影響。如圖5(d)所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與公式[35]吻合較好，且呈反比關(guān)系。聲子散射和晶格振動(dòng)主導(dǎo)了高溫下的載流子輸運(yùn)行為。因此，高溫下的接近遷移率表明兩種樣品的晶體質(zhì)量相似。當(dāng)溫度降低時(shí)，雜質(zhì)和缺陷的散射將以載流子輸運(yùn)為主。樣品之間的遷移率間隙表明，HVPE樣品的雜質(zhì)和缺陷水平低于MOCVD樣品，室溫下遷移率從734增加到1188 cm2·V-1·s-1。
為了研究HVPE生長(zhǎng)的GaN SBD的可靠性，通過應(yīng)力占空比對(duì)器件進(jìn)行了測(cè)量。圖6(a)為反向偏置VR = 600 V時(shí)的開關(guān)性能，圖6(b)為正向電壓VF =1.2 V(正向電流約為300 A /cm2)時(shí)的低應(yīng)力脈沖，占空比固定為50%，周期為1ms。脈沖測(cè)試結(jié)果表明，垂直GaN SBD具有良好的魯棒性和高可靠性。圖6(c)顯示了最近報(bào)道的具有指定陽(yáng)極尺寸的垂直GaN-on-GaN SBD的RON與VBR的基準(zhǔn)。如圖6(d)所示，由全HVPE生長(zhǎng)的垂直GaN SBD實(shí)現(xiàn)了功率器件優(yōu)值VBR2/RON為1.1×109 W/cm2，在指定陽(yáng)極尺寸的情況下，本工作在目前報(bào)道的數(shù)據(jù)中獲得了最高的FOM (1.1×109 W/cm2)。
IV.結(jié)論
這項(xiàng)工作首次展示了一種完全由氫化物氣相外延(HVPE)生長(zhǎng)的新型垂直GaN SBD，它顯著降低了漂移層中無意的碳摻雜濃度，進(jìn)一步提高了遷移率?；谌獺VPE生長(zhǎng)的器件實(shí)現(xiàn)了迄今為止垂直GaN SBD 的最高性能值(VBR2/RON)為1.1 GW/cm2。在這項(xiàng)工作中，全HVPE生長(zhǎng)的技術(shù)顯示出加速垂直GaN SBD在電力應(yīng)用中的發(fā)展的巨大潛力。
致謝
作者感謝深圳大學(xué)電鏡中心的HRTEM測(cè)試結(jié)果和深圳大學(xué)光電中心的器件制造過程。
2023年2月14日收到稿件;2023年5月8日修訂;2023年5月17日接受。項(xiàng)目資助:國(guó)家自然科學(xué)基金(61974144、62004127)，廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研究與發(fā)展計(jì)劃(2020B010174003)，廣東省杰出青年科學(xué)基金(2022B1515020073)，深圳市科技計(jì)劃(JCYJ20220818102809020)。這篇文章的評(píng)論是由編輯D. Sheridan安排的。(通訊作者:劉新科;王新中。)
劉新科，鄒蘋，王灝帆，林鈺恒，吳鈞燁，陳增發(fā)，黃雙武，深圳大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，電子信息工程學(xué)院，微電子研究院，廣東省功能材料界面工程研究中心，射頻異質(zhì)異構(gòu)集成國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，深圳518060 (e-mail: xkliu@szu.edu.cn)。
王新中，深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東深圳518172(電郵:wangxz@sziit.com.cn)。本文中一個(gè)或多個(gè)圖形的彩色版本可在https://doi.org/10.1109/TED.2023.3279059上獲得。數(shù)字對(duì)象標(biāo)識(shí)符10.1109/TED.2023.3279059
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