為實(shí)現(xiàn)具有高擊穿電壓和優(yōu)異正向特性的第三代半導(dǎo)體功率器件，天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)依托先進(jìn)的半導(dǎo)體TCAD仿真平臺(tái)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種具有p-NiO插入終端的混合式肖特基勢壘二極管結(jié)構(gòu)（Hybrid SBD）。近日，該團(tuán)隊(duì)又制備出擊穿電壓高達(dá)1.1 kV級(jí)的Hybrid SBD芯片，實(shí)驗(yàn)趨勢復(fù)現(xiàn)了前期的仿真設(shè)計(jì)結(jié)果。

Hybrid SBD的結(jié)構(gòu)

如圖1（a）所示，Hybrid SBD結(jié)構(gòu)采用MOCVD技術(shù)生長在[0001]晶相的藍(lán)寶石襯底上。Hybrid SBD結(jié)構(gòu)主要包括2μm厚的GaN電流擴(kuò)展層、8μm厚的漂移層、p-NiO場環(huán)和SiO2絕緣層，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了利用p-NiO場環(huán)結(jié)合MIS場板結(jié)構(gòu)形成混合式肖特基勢壘二極管結(jié)構(gòu)。圖1（a1）是混合邊緣終端的TEM圖。

圖1. GaN基混合式肖特基勢壘二極管的（a）器件結(jié)構(gòu)示意圖和（a1）混合邊緣終端的TEM圖。

Hybrid SBD的特性

如圖2（a）所示，當(dāng)器件外加反向偏置時(shí)，Hybrid SBD結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更高的擊穿電壓，其中，實(shí)驗(yàn)制備與仿真設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)均實(shí)現(xiàn)了1.1 kV級(jí)的擊穿電壓。這是由于當(dāng)器件處于反向偏置時(shí)，p-NiO/n-GaN形成反偏PN結(jié)，可以有效地減小金半接觸界面的電場分布，從而降低由鏡像力效應(yīng)引起的漏電流。此外，當(dāng)器件在正向偏置條件下時(shí)，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均展示出Hybrid SBD結(jié)構(gòu)具有更高的電流密度，這主要?dú)w功于引入的p-NiO插入終端可以增強(qiáng)器件的電流擴(kuò)展能力，從而減小導(dǎo)通電阻和減弱電流擁擠引起的強(qiáng)的非輻射復(fù)合，進(jìn)而減小Hybrid SBD結(jié)構(gòu)的理想因子，如圖2（b）和（c）所示。

圖2.（a）平面Ref SBD和Hybrid SBD器件的仿真和實(shí)驗(yàn)測試的反向I-V曲線與仿真擬合曲線；（b）實(shí)驗(yàn)測試的正向I-V曲線與仿真擬合曲線；（c）實(shí)驗(yàn)測試的semi-log形式的正向I-V曲線與理想離子。

審核編輯：湯梓紅