新成果展示：具有1.1 kV级高击穿电压的GaN基肖特基二极管

为实现具有高击穿电压和优异正向特性的第三代半导体功率器件，天津赛米卡尔科技有限公司技术团队依托先进的半导体TCAD仿真平台，优化设计了一种具有p-NiO插入终端的混合式肖特基势垒二极管结构（Hybrid SBD）。近日，该团队又制备出击穿电压高达1.1 kV级的Hybrid SBD芯片，实验趋势复现了前期的仿真设计结果。

Hybrid SBD的结构

如图1（a）所示，Hybrid SBD结构采用MOCVD技术生长在[0001]晶相的蓝宝石衬底上。Hybrid SBD结构主要包括2 μm厚的GaN电流扩展层、8 μm厚的漂移层、p-NiO场环和SiO₂绝缘层，该结构的设计是为了利用p-NiO场环结合MIS场板结构形成混合式肖特基势垒二极管结构。图1（a1）是混合边缘终端的TEM图。

图1. GaN基混合式肖特基势垒二极管的（a）器件结构示意图和（a1）混合边缘终端的TEM图。

Hybrid SBD的特性

如图2（a）所示，当器件外加反向偏置时，Hybrid SBD结构能实现更高的击穿电压，其中，实验制备与仿真设计的结构均实现了1.1 kV级的击穿电压。这是由于当器件处于反向偏置时，p-NiO/n-GaN形成反偏PN结，可以有效地减小金半接触界面的电场分布，从而降低由镜像力效应引起的漏电流。此外，当器件在正向偏置条件下时，仿真结果和实验结果均展示出Hybrid SBD结构具有更高的电流密度，这主要归功于引入的p-NiO插入终端可以增强器件的电流扩展能力，从而减小导通电阻和减弱电流拥挤引起的强的非辐射复合，进而减小Hybrid SBD结构的理想因子，如图2（b）和（c）所示。

图2.（a）平面Ref SBD和Hybrid SBD器件的仿真和实验测试的反向I-V曲线与仿真拟合曲线；（b）实验测试的正向I-V曲线与仿真拟合曲线；（c）实验测试的semi-log形式的正向I-V曲线与理想离子。

参考文献

[1]Jpn. J. Appl. Phys., vol. 61, no. 1, p. 014002, Jan. 2022, doi: 10.35848/1347-4065/ac40cf.

[2]Appl. Phys. Express, vol. 15, no. 8, p. 084001, Aug. 2022, doi: 10.35848/1882-0786/ac7eac.