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1、第30卷第1期固体电子学研究与进展Vol.30,No.12010年3月RESEARCH&PROGRESSOFSSEMar.,2010专家论坛氮化镓功率半导体器件技术X张波陈万军邓小川汪志刚李肇基(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)2009-07-01收稿,2009-09-05收改稿摘要:作为第三代半导体材料的典型代表,宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多硅材料所不具备的优异性能,是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料,在民用和军事领域具有广阔的应用前景。随着GaN技术的进步,特别是大直径硅(Si)基GaN外延技术的逐步成熟并商用化,GaN功率半
2、导体技术有望成为高性能低成本功率技术解决方案,从而受到国际著名半导体厂商和研究单位的关注。总结了GaN功率半导体器件的最新研究,并对GaN功率器件发展所涉及的器件击穿机理与耐压优化、器件物理与模型、电流崩塌效应、工艺技术以及材料发展等问题进行了分析与概述。关键词:氮化镓;功率器件;击穿电压;比导通电阻中图分类号:TN304.2;TN305文献标识码:A文章编号:1000-3819(2010)01-0001-10GalliumNitridePowerSemiconductorDevicesTechnologyZHANGBoCHENWanjunDENGXiaochuanWANGZhiga
3、ngLIZhaoji(StateKeyLaboratoryofElectronicThinFilmsandIntegratedDevices,UniversityofElectronicsScienceandTechnologyofChina,Chengdu,610054,CHN)Abstract:GalliumNitride(GaN)isanattractivewidebandgapsemiconductorforhigh-voltage,high-temperature,high-frequency,high-powerapplicationsbecauseofitsfavora
4、blematerialcharacteristics.Withthedevelopmentofthelarge-diameterGaNepiwafersbasedonsiliconsubstrate,GaN-basedpowerdevicesarepromisingcandidatesforthelow-cost,high-efficiencypowermanagementsolution.Inthispaper,thestate-of-theartGaN-basedpowerdevicesaresummarizedandsomeissuesonGaN-basedpowerdevic
5、esandtechnologies,suchasbreakdownmechanismsandoptimizations,devicephysicsandmodels,currentcollapse,GaN-basedmaterials,areanalyzedandpresentedindetail.Keywords:galliumnitride;powerdevice;breakdownvoltage;specificon-resistanceEEACC:2560P时,诸多新型应用对功率管理单元的体积、效率以及引言工作稳定性提出了更高要求。然而,传统Si基功率器件的性能已逼近其理论极
6、限,使得宽禁带半导体50余年来,硅(Si)基功率器件获得了超过两个成为应用于功率管理的理想替代材料。在宽禁带半数量级的性能改善,目前已进入性能平稳期,其性能导体材料中,碳化硅(SiC)功率半导体技术研究起步的进一步提升往往伴随着成本的显著增加。与此同最早,技术相对成熟。自2001年成功推出第一只商X联系作者:E-mail:zhangbo@uestc.edu.cn2固体电子学研究与进展30卷用SiC功率整流器以来,多种SiC功率器件产品相继现了击穿电压近10000V的GaN功率整流器(结构[1][4]研制成功并部分走向商用市场。如图1所示)。2006年,美国Auburn大学报道了击宽禁
7、带半导体材料氮化镓(GaN)具有禁带宽度穿电压为600V,正向开启电压为1.3V,比导通电2[5]宽、临界击穿电场强度大、饱和电子漂移速度高、介阻为2.2m8·cm的SBD器件。电常数小以及良好的化学稳定性等特点(见表1),特与SiC材料不同,GaN除了可以利用GaN体材别是基于GaN的AlGaN/GaN结构具有更高的电子料(Bulk)制作器件以外,还可以利用GaN所特有的迁移率,使得GaN器件具有低的导通电阻、高的工异质结结构制作高性能器件。2005年,
