GaN垂直結構器件結終端設計*

徐嘉悅，王茂俊，魏進，解冰，郝一龍，沈波

（1.北京大學集成電路學院，北京 100871；2.集成電路高精尖創新中心，北京 100871；3.北京大學物理學院，北京 100871）

1 引言

目前，以傳統半導體硅（Si）為主要材料的半導體器件仍然主導著電力電子功率元件。但現有的硅基功率電子技術正接近材料的理論極限，其只能提供漸進式的改進，無法滿足現代電子技術對耐高壓、耐高溫、高頻率、高功率乃至抗輻照等特殊條件的需求[1]。因此，人們開始尋求新的半導體材料來滿足這些需要，期盼突破傳統硅的理論極限。氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等第三代半導體材料因具有寬禁帶、高臨界擊穿電場、高電子飽和漂移速度等特點，成為目前功率電子材料與器件研究的熱點。與傳統的第一代及第二代半導體相比，第三代半導體材料所制備的器件具有擊穿電壓高、輸出電流大、導熱性優異等優點。在相同的耐壓下，可以具有更低的比導通電阻[2]。最先得到快速發展的GaN功率電子器件是高電子遷移率晶體管（HEMT）。該器件是一種橫向結構器件，以AlGaN/GaN異質結構為基礎，利用兩種材料界面上高濃度、高電子遷移率的二維電子氣（2DEG）作為導電溝道。得益于2DEG優異的輸運特性，GaN HEMT器件的開關頻率可以達到兆赫茲，使得GaN HEMT器件在電力電子功率轉換應用中具備了技術優勢。特別是大尺寸硅襯底上GaN異質外延技術的成功以及互補金屬氧化物半導體（CMOS）兼容工藝的開發大大降低了硅基GaN HEMT器件的成本[3]。目前，基于GaN HEMT的功率開關器件已經在手機快充中得到廣泛應用，并有望進入服務器電源、汽車電子等高端領域。……