近日，美国研究人员表示氮化镓（GaN）表面进行氮化镓再生长技术有了新的突破。对于垂直GaN二极管再生长技术，这次主要是针对于击穿电压的研究。研究人员声称，他们已经成功研制了GaN环境下目前拥有最高击穿电压（1.1kV）的垂直再生长二极管。
近日，美国康奈尔大学联合诺特丹大学以及IQE RF LLC公司共同研发出一款再生长GaN二极管，研究人员表示这次的突破是理解再生长结构导通机制的重要一步，也是高性能垂直GaN开关的选择性掺杂技术的关键一环。
结构
该器件的底层结构由GaN衬底构成，再通过金属有机化合物化学气相沉淀（MOCVD）工艺在其表面生长8微米厚含有~2x1016/cm3浓度硅掺杂的GaN层。上表面再用盐酸清洗，并使用分子束外延（MBE）在清洁的表面镀上400nm ~1018/cm3的镁掺杂P-GaN层和20nm的p++-GaN保护层。
如图1所示，整个P极的结构为梯形，并生长在n型掺杂的GaN结构上。正极材料采用了钯或者金，负极材料采用了钛或者金。整个器件使用旋涂式玻璃层覆盖。
为什么不用MOCVD镀膜？
其实，研究人员发现，MOCVD工艺在再生长中存在一些缺陷，比如在一些非平面结构中的高几率缺陷以及晶向掺杂中的高依赖性。同时，由于镁记忆/扩散效应，在该工艺下，p型和n型掺杂材料的交界处会生长出尖锐边缘。除此之外，MOCVD中的氢气也会影响p型掺杂层中的镁。
图1 （a）再生长GaN二极管中的1/C2~V特性曲线（b）器件结构图以及n-GaN漂移层中的掺杂浓度变化
特性与优点
通过电容电压测量方法，研究人员发现相比原生结构的二极管内建电压（~3.2V），再生长结构有一些降低(~2.2V)。这种电压的变化极有可能是由于禁带的变化以及缺陷密度上升。
研究人员同样表示，对于原生的二极管，这种二极管在300-600nm之前的光谱强度是之前的三十分之一。这意味着这种再生长二极管拥有更多的非辐射性复合过程。
与此同时，在一定温度范围内（25-125°C）工作电阻（Ron）会随之上升。这一趋势意味着Ron的变化主要取决于n型掺杂层的电阻（rn）。因为，位于较低位错密度中，n型掺杂的GaN中的电子迁移率受到了声子散射的影响，从而随着温度的上升，迁移率开始下降，电阻随之上升。
根据研究人员测量，对于一个直径为107微米的器件来说，最大的反向击穿电压为1136V，在击穿之前的漏电流的密度只有0.1A/cm2。而且，对于这种二极管，并未检测到雪崩击穿效应发生。
参考文献
Z. Hu; K. Nomoto; M. Qi; W. Li; M. Zhu; X. Gao; D. Jena; H. G. Xing, "1.1 kV Vertical GaN p-n Diodes with p-GaN Regrown by Molecular Beam Epitaxy," in IEEE Electron Device Letters , vol.PP, no.99, pp.1-1doi: 10.1109/LED.2017.2720747
