10 kV, 39 mΩ·cm2 Multi-Channel AlGaN/GaN Schottky Barrier Diodes

光电子学 肖特基二极管 二极管 击穿电压 肖特基势垒 材料科学 物理 电压 量子力学
作者
Ming Xiao,Yunwei Ma,Kai Liu,Kai Cheng,Yuhao Zhang
出处
期刊:IEEE Electron Device Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (6): 808-811 被引量:73
标识
DOI:10.1109/led.2021.3076802
摘要

This work demonstrates multi-channel AlGaN/GaN Schottky barrier diodes (SBDs) with a breakdown voltage (BV) over 10 kV, the highest BV reported in GaN devices to date. The epitaxial structure consists of a p-GaN cap layer and five AlGaN/GaN channels continuously grown on a low-cost 4-inch sapphire substrate. A novel device design is proposed for electric field management, i.e., the p-GaN reduced surface field (RESURF) structure, which balances the net charges in the multi-channel at reverse biases. The SBD with a 98- μm anode-to-cathode length ( L AC ) shows a BV of 9.15 kV and a specific on-resistance ( R \scriptscriptstyle ON ) of 29.5 mΩ·cm 2 , rendering a Baliga's figure of merit (FOM) of 2.84 GW/cm 2 . The SBD with a 123- μm L AC shows a BV over 10 kV and a R \scriptscriptstyle ON of 39 mΩ·cm 2 , which is 2.5-fold lower than the R \scriptscriptstyle ON of the state-of-the-art 10-kV SiC junction barrier Schottky diodes. The Baliga's FOMs of our 4.6-10 kV GaN SBDs well exceed the SiC unipolar limit. These results show the great promise of GaN for medium- and high-voltage power electronics.

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