近日，美国弗吉尼亚理工大学电力电子技术中心（CPES）和苏州晶湛半导体团队合作攻关，通过采用苏州晶湛新型多沟道AlGaN/GaN异质结构外延片，以及运用pGaN降低表面场技术（p- GaN reduced surface field (RESURF)制备的肖特基势垒二极管(SBD)，成功实现了超过10kV的超高击穿电压。这是迄今为止氮化镓功率器件报道实现的最高击穿电压值。相关研究成果已于2021年6月发表于IEEE Electron Device Letters期刊。
图1：多沟道AlGaN/GaN SBD器件结构图
（引用自IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 42, NO. 6, JUNE 2021）
实现这一新型器件所采用的氮化镓外延材料结构包括20nm p+GaN/350nm p-GaN 帽层以及23nm Al0.25Ga0.75N/100nm GaN本征层的5个沟道。该外延结构由苏州晶湛团队通过MOCVD方法在4吋蓝宝石衬底上单次连续外延实现，无需二次外延。基于此外延结构开发的氮化镓器件结构如图1所示，在刻蚀工艺中，通过仅保留2微米的p-GaN场板结构（或称为降低表面场（RESURF）结构），能够显著降低峰值电场。在此基础上制备的多沟道氮化镓肖特基势垒二极管（SBD），在实现10kV的超高击穿电压的同时，巴利加优值（Baliga’s figure of merit, FOM）高达2.8 ，而39 的低导通电阻率，也远低于同样10kV耐压的 SiC 结型肖特基势垒二极管。多沟道氮化镓器件由于采用廉价的蓝宝石衬底以及水平器件结构，其制备成本也远低于采用昂贵SiC衬底制备的SiC二极管。
创新性的多沟道设计可以突破单沟道氮化镓器件的理论极限，进一步降低开态电阻和系统损耗，并能实现超高击穿电压，大大拓展GaN器件在高压电力电子应用中的前景。在“碳达峰+碳中和”的历史性能源变革背景下，氮化镓电力电子器件在电动汽车、充电桩，可再生能源发电，工业电机驱动器，电网和轨道交通等高压应用领域具有广阔的潜力。苏州晶湛半导体有限公司已于近日发布了面向中高压电力电子和射频应用的硅基，碳化硅基以及蓝宝石基的新型多沟道AlGaN/GaN异质结构外延片全系列产品，欢迎海内外新老客户与我们洽商合作，共同推动氮化镓电力电子技术和应用的新发展！