在独立氮化镓衬底上制备垂直肖特基二极管

  日本ToyodaGosei公司研发的垂直氮化镓肖特基势垒二极管(SBD),能够在790V反向阻断的条件下,处理50A的正向电流。研究人员称,这款在独立氮化镓衬底上构成垂直肖特基势垒二极管同时具有如此优越的正向电流和阻断电压特性,还是被报道的首款产品。
 
  采用金属有机气相沉积法在独立重掺杂n+氮化镓衬底上制成10μm厚度轻掺杂n-氮化镓层。SBD由凸型隔离平台、镍制肖特基正极,绝缘薄膜,铝基场板和铝/钛背面接触阳极构成。绝缘薄膜由500nm二氧化硅和100nm氧化铝构成。设计场板时也针对肖特基电极边缘可能出现的聚集效应做出改进。潜在的聚集效应会导致泄漏电流的增加并降低阻断电压。
 
  器件尺寸3mm×3mm,可在偏压2.05-2.25V时处理50A的正向电流。由于实验中电流限制为50A,研究人员们认为其实可获得更高值。20A电流以上电阻微分为25-29mΩ。鉴于该值和基于氮化镓材料电阻推算出的数值十分接近,研究者们相信背面电极的接触电阻可以忽略不计。
 
  在反向偏置条件下,阻断电压为730-790V。多次测量结果显示,击穿电压影响不大。研究人员们相信,最新研发的独立氮化镓上肖特基势垒二极管是首个将高正向电流特性和高反向阻断电压特性较好融合的产品。
 
  基于场致热电子发射原理,预测反向阻断电压约为200V。研究人员称由于肖特基电极边缘存在潜在聚集现象或离散现象,抑或两者的结合,而造成预测和实测的不一致。
 
  对不同面积的肖特基二极管进行试验,显示电压增至0.5V时,正向电流密度与尺寸下降到200μm时非常相似。
 
  根据场致热电子发射原理,肖特基势垒高度预估为1.01-1.02eV,理想值为1.01。
 
  在SBD的不同区域,反向电流密度和电压相联系的关系十分类似。由于大块材料中的潜在聚集或离散现象导致反向泄露电压超出预期值,研究者们尝试研究泄露电压和周长或面积的关系来解决这个现象。鉴于周长的影响较小,研究人员们认为周长电流相比大电流偏小。

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