横向极性结构GaN肖特基势垒二极管

图1：基于横向极性结构平台的准垂直GaN SBD工艺方案。

制作开始时，使用镍硬掩膜对N极区进行等离子蚀刻，直至电流扩散层。这避免了湿法蚀刻容易出现的六角丘状粗糙N极表面。使用电子束蒸发法沉积了由钛/铝/镍/金组成的欧姆环接触阴极，并使其在氮气中退火。

在85℃温度下，用四甲基氢氧化铵（TMAH）碱性溶液选择性蚀刻掉Ga极有源区周围的N极护套，持续时间为20分钟，从而暴露出III极台面侧壁。碱性溶液中的OH-离子与表面氮原子的悬空键相互作用，形成氨气（NH₃）并破坏N极材料。相比之下，Ga极表面的氮原子被埋藏起来，OH-离子不易进入。

沉积在漂移层上的肖特基阳极接触由镍/金组成。阳极金属接触的半径为100μm，而台面的半径为110μm。制作参考SBD只用到了等离子蚀刻技术，但其接触结构相同。

与参考器件相比，横向极性结构SBD的导通/关断电流比为10⁷，反向漏电流降低了两个数量级。横向极性结构SBD和参考SBD的理想因子分别为1.03和1.09。

研究团队评论道：“横向极性结构SBD的理想因子较低，表明与缺陷有关的漏电流路径和复合中心受到了强有力的抑制，而这两点通常是造成GaN二极管非理想特性的原因。”

横向极性结构SBD和参考SBD的导通电压分别为0.5V和0.6V。横向极性结构SBD在差分比导通电阻（R_on）上的表现不如参考SBD：横向极性结构SBD为6.5 mΩ-cm²，而参考SBD为2.1 mΩ-cm²。

研究人员解释了这一差异：“横向极性结构SBD的R_on值较高，可归因于欧姆接触下方N极域的底切和湿蚀刻。”

使用随温度变化的测量值提取肖特基势垒高度：横向极性结构SBD的肖特基势垒高度为0.82eV。

横向极性结构SBD的击穿电压（BV）比参考器件高200V：横向极性结构SBD的击穿电压为290V，而参考SBD的击穿电压为90V（图2）。横向极性结构SBD的峰值电场约为2.1 MV/cm。在90V电压下，横向极性结构SBD的反向漏电流比参考SBD（1 A/cm²）小四个数量级。