垂直GaN PiN二极管中的电导调制

浙江大学团队揭示了垂直GaN PiN二极管中正向瞬态行为对时间，电流和温度的依赖性

中国浙江大学（ZJU）的研究人员确定了直接带隙GaN垂直PiN二极管中电导调制的实验证据。

首次全面研究了垂直GaN PiN二极管中正向瞬态行为对时间，电流和温度的依赖性，为瞬态/动态级光子增强电导调制提供了确凿的证据。从根本上回答了直接带隙GaN双极性器件是否具有电导调制能力以及是否适合大功率应用的问题。得益于电导调制，垂直GaN PiN二极管还可以提供负动态RON性能。

基于间接带隙半导体的PiN二极管(如Si和SiC)中的少数载流子寿命相对较长，与之相较的是直接禁带GaN垂直PiN二极管可以在传导模式下实现电子/空穴对的辐射复合，并展现出少数载流子的超短寿命约10 ^-8秒。对于高功率应用而言，直接带隙GaN双极型器件是否具有电导调制能力至关重要，但长期以来缺乏相关证据。

通过使用脉冲模式和时间分辨测量以及板级开关测试，可以表征正向瞬态行为。在垂直GaN PiN二极管中，已经确定了电导调制及其对导通时间（tON），传导电流（ION）和温度的依赖性。得益于有限的俘获效应和光子增强的电导调制，垂直GaN-on-GaN PiN二极管还可以提供出色的动态RON性能，在大功率和高效率的功率转换方面显示出巨大的潜力。

上图显示了垂直GaN PiN二极管（a）在25度下各种外加ION下的时间分辨正向电压偏移，( b )在50mA的高温下的时间分辨正移；( c )垂直GaN PiN二极管从300V和400V的VOFF切换到1 ~ 4A的ION 变化后的时间分辨归一化动态R_ON；( d ) t_ON 在500ns和3000ns时的动态R_ON 随I_ON 和V_OFF的函数变化。

参考文献：

‘Conductivity Modulation in Vertical GaN PiN Diode: Evidence and Impact' by Shaowen Han et al; IEEE Electron Device Letters, vol. 42, no. 3, Mar. 2021.

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