基于n+-GaN 盖帽层的 Si 基 AlGaN/GaN 凹槽阳极功率器件的设计与研制

近期，河北工业大学、广东工业大学展开联合研究，成功研制出具有沟槽n+-GaN盖帽层Si基AlGaN/GaN凹槽阳极肖特基势垒二极管（SBD），同时开发出仿真物理模型。借助沟槽n+-GaN盖帽层与薄Si3N4介质层的协同效应，实现了器件比导通电阻的降低、漏电流的减小及击穿电压的提升。

图1（a）无n+-GaN盖帽层的参考器件和（b）具有沟槽n+-GaN盖帽层的实验器件结构示意图；（c）具有n+-GaN帽层的AlGaN/GaN SBD的能带示意图；(d)电子浓度分布。

图1（a）和（b）分别为无n+-GaN盖帽层的参考器件和具有沟槽n+-GaN盖帽层的对比器件结构示意图。基于开发的Si基物理模型【图1(c)】的仿真研究分析发现，n+-GaN盖帽层可以为AlGaN/GaN界面沟道提供更多的电子【见图1（d）】，这一结论也得到了载流子浓度实验表征的验证，即n+-GaN盖帽层可将二维电子气（2DEG）浓度提升约两倍。与此同时，沟槽n+-GaN结构可以有效地阻断器件在关断状态的表面导电通道。而且，引入的薄Si3N4介质层可减小干法刻蚀对GaN表面损伤所导致的缺陷诱导漏电效应【图1(c)】，所研制器件的漏电流为~8×10-5 A·cm-2，击穿电压为876V，巴利加优值（BFOM）提高至319MW·cm2（见图2）。本研究还发现，Si3N4介质层有助于抑制电子捕获和传输过程，从而改善了器件的动态特性。

该研究以《AlGaN/GaN-based SBDs grown on silicon substrates with trenched n+-GaN cap layer and local passivation layer to improve BFOM and dynamic properties》为题发表在Journal of Semiconductors期刊上。

图2（a）AlGaN/GaN SBD的仿真与实验反向电流-电压特性曲线；图（b）和（c）为对比图，分别呈现了本工作制备的AlGaN/GaN SBD与其他已报道的横向AlGaN/GaN SBD在（b）Ron, sp与BV、（c）Von与反向漏电流方面的对比。

河北工业大学电子信息工程学院博士生王志忠为论文第一作者，张紫辉教授为通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目（U23A20361）和广东省重点研发计划项目（2022B0701180001）的支持。

文章来源：广东工业大学张紫辉课题组投稿

论文链接：https://doi.org/10.1088/1674-4926/25010024