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具有结终端混合阳极的高性能AIGaN／GaN功率二极管 汪玲，周琦，鲍旭，牟靖宇，施嫒嫒，刘朝阳，陈万军，张波 (电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054) 摘要：本文提出一种具有结终端混合阳极结构(Edge-terminatedhybridanode·ETH)的高性能 沟道中二维电子气浓度获得器件正向开启电压仅为0．25V，是常规肖特基二极管(Cony．SBD) 开启电压的l／6。更为重要的是，本文在靠近阴极～侧的肖特基接触引入结终端大幅降低了 二极管的反向漏电，使得器件反向耐压大大提高。与没有结终端的器件相比，ETH-Diode 的反向漏电流在反向偏压为．100V时降低了5个量级。没有结终端的器件在漏电流为 达到510V。 关键词：AIGaN／GaN二极管；结终端：凹槽栅技术：混合阳极 0引言 eV)、临界击穿 氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽度大(~3．4 电场高(～3MV／cm)和电子迁移率高等优异特性[1】-【3】。因此基于氮化镓的肖特基二极管具有 开关速度高、反向耐压高和良好的高温工作特性在电力电子领域具有广泛的应用前景。然而 下一代功率系统要求二极管具有低导通压降从而降低系统功耗，同时具有低反向漏电和高反 向阻断电压。目前主要采用凹槽栅技术[4】和SiCN帽层技术【5】来降低器件开启电压。另外， 采用不同功函数金属相结合的方式形成肖特基结[6】和结终端[7】技术能有效降低反向漏电 流。在我们已报道的工作中，我们采用具有氟离子技术和混合阳极技术获得了具有低开启电 压的A1GaN／GaN横向场效应整流器【8】。在本文中，我们提出一种具有结终端混合阳极的 在肖特基栅极采用凹槽技术来调控二极管的开启电压，获得了开启电压仅为0．25V的 ETH．Diode。另外，在肖特基栅极靠近阴极一侧引入结终端使得ETH．Diode的反向漏电流显 著减低，从而其反向阻断能力得到大幅提高。 1器件结构 图Ka)和(b)分别为有结终端和没有结终端的AIGaN／GaN功率二极管的横截面图，其中 图Ka)为本文提出的ETH．Diode结构。 Nitride dielect—c passivatlon—Hf02 图1AIGaN／GaN功率二极管横截面图(a)有结终端(ETH—Diode)和(b)没有结终端 二极管的混合阳极由肖特基栅极和欧姆接触短接构成，同时在肖特基栅极靠近阴极～侧 引入具有高介电常数的二氧化铪(Hf02)材料形成结终端结构。图1中Ttrench和厶。分别为 AIGaN势垒层的凹槽深度和阳极到阴极的距离，三J和幻分别为肖特基栅和结终端的长度。 93 利用Sentaurus TCAD软件对二极管的特性进行了仿真，仿真模型设定L1／Lz／W的值为 自发极化和压电极化效应产生的二维电子气(2DEG)浓度为1．Oxl0”cm2。GaN缓冲层中设置 受主型陷阱来模拟其半导体状态，受主陷阱浓度为5．O×10Mcm-3，能级为GaN导带以下1．8 eV[9]。 2结果与讨论 2．1正向特性 如图2所示。肖特基栅极下方沟道中二维电子气(2DEG)浓度随着凹槽深度(Ttrench)的增 加而降低。因此，可以通过改变凹槽的深度来调制器件的正向开启电压。在优化后获得凹槽 未被完全耗尽，此时器件表现出电阻特性而非整流特性。当Ttrench大于20nm时，尽管此 时器件表现出典型的整流特性，但此时开启电压显著增大。因此，肖特基凹槽深度Ttrench是 决定ETH—Diode正向开启电压的关键。 图3(a)给出了ETH—Diode、没有结终端的混合阳极二极管和传统肖特基二极管(Conv． SBD)三种器件的正向特性对比，其中厶。均为5∥瑚。本文定义正向导通电流为]mA／mm时 器件开启。从图中可以看出，ETH—Diode的开肩电压和正向电流密度与没有结终端的二极管 基本一致。由此可以看出结终端结构的引入并没有影响ETH—Diode的正向导通特性。在具 有混合阳极结构的器件中由于肖特基栅极与欧姆接触短接，器件的开启电压由肖特基栅极下 方二维电子气沟道的阈值电压决定而非Conv．SBD中的肖特