高击穿电压复合介质结构垂直GaN基PN二极管优化设计

• 作者: 赵智源 杜江锋 刘勇 于奇
• 来源期刊: 电子元件与材料
• 关键词: GaN 复合介质 PN二极管 击穿电压 电场分布
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 研究与试制|Research & Development
• 页码范围: 250-256,261
• 页数: 8页
• 分类号: TN313+.4
• 语种: 中文
• DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1837

摘要

PN结边缘处存在的电场拥挤现象一直是限制器件耐压提升的关键原因.以缓解PN结边缘处的电场拥挤现象为目的,一种具有复合介质层的垂直GaN基梯形二极管被提出.该结构通过高/低K复合介质层在PN二极管的漂移区内部引入一个新的电场峰值调节漂移区的电场分布,从而提高器件的耐压.Silvaco TCAD仿真工具被用于对复合介质结构GaN基梯形二极管的介质层的宽度、高/低K介质层界面与PN结界面之间的距离和梯形二极管的底角等关键参数进行优化设计,优化后双层复合介质结构二极管的击穿电压(BV)达到了4360 V,相比没有复合介质层的GaN基普通二极管结构2780 V的耐压,该结构的耐压提高了56.8％,正向导通电阻(Ron)为1.53 mΩ·cm2,Baliga优值(BFOM)为12.4 GW/cm2.三层复合介质结构GaN基梯形二极管的击穿电压(BV)为5360 V,相比没有复合介质层的GaN基普通二极管,该结构的耐压提高了92.8％,Ron为1.53 mΩ·cm2,BFOM为18.78 GW/cm2.与此同时,该优化结构的平均击穿电场为3.35 MV/cm,接近GaN材料的理论极限.证明了该复合介质结构对调节漂移区电场以提升耐压的有效性.