A Simple Edge Termination Design for Vertical GaN P-N Diodes

二极管 击穿电压 兴奋剂 简单(哲学) GSM演进的增强数据速率 光电子学 材料科学 拓扑(电路) 算法 数学 电气工程 电压 计算机科学 工程类 电信 认识论 哲学
作者
Prakash Pandey,Tolen Nelson,William Collings,Michael R. Hontz,Daniel G. Georgiev,Andrew D. Koehler,Travis J. Anderson,James C. Gallagher,Geoffrey M. Foster,Alan G. Jacobs,Mona A. Ebrish,Brendan Gunning,Robert Kaplar,Karl D. Hobart,Raghav Khanna
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (9): 5096-5103 被引量:22
标识
DOI:10.1109/ted.2022.3192796
摘要

Vertical power devices require significant attention to their edge termination designs to obtain higher breakdown voltages without substantial increase in ON-state resistance. A simple edge termination structure for a GaN p-n diode is proposed, comprising a full layer lightly doped p-type GaN region underneath the higher doped ${p} +\!+$ contact layer. A TCAD model of the device is developed, and removal of the portions of ${p}$ ++ cap outside of the device active area in simulations is shown to increase the device blocking voltage capability. It causes the depletion width to increase in the lightly doped p-type layer and allows it to act similar to a junction termination extension (JTE). These predictions are validated empirically, resulting in a 52% measured increase in breakdown capability after selective removal of the ${p}$ ++ cap. This simple edge termination technique can be formed with only a single low-energy nitrogen implant or etching procedure, greatly increasing its manufacturability over more complex structures. Design optimization studies are pursued in TCAD to determine optimal parameter values for further improving breakdown performance. It is shown that the proposed edge termination technique can be employed to produce future high voltage vertical GaN devices without a significant gain in ON-state resistance and with wide tolerance to process variations.
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