2 kV β -Ga2O3 Schottky diode with HfO2/SiO2 dual-layer field plate and mesa termination

材料科学 光电子学 肖特基二极管 肖特基势垒 二极管 蚀刻(微加工) 电介质 电场 半导体 功勋 宽禁带半导体 图层(电子) 双层 兴奋剂 金属半导体结 带隙 电压 肖特基效应 击穿电压 砷化镓 高-κ电介质
作者
Linhai Zhong,Xin Feng,Weihang Zhang,Xianhe Liu,Hong Zhou,Zhihong Liu,Yue Hao,Jincheng Zhang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:127 (18) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0287147
摘要

In this Letter, a vertical β-Ga2O3 Schottky barrier diode (SBD) featuring a composite termination structure with dual-layer field plate and self-aligned etched mesa (DFPM-SBD) is proposed. By combining a high-k HfO2 and SiO2 bilayer dielectric as the field plate termination, the interfacial trap state can be effectively reduced and the electric field crowding effect can be effectively alleviated in β-Ga2O3 SBD. Moreover, the self-aligned etching process is implemented using high-hardness Pt metal as the etching mask, effectively eliminating alignment deviation, thereby contributing to a high breakdown voltage (BV). The experimental result demonstrates that the DFPM-SBD achieves a low Von of 0.68 V (@1 A/cm2), an ideality factor (η) of 1.07, a Schottky barrier height (qΦb) of 1.25 eV, a low specific on-resistance of 3.85 mΩ cm2 along with a high BV of 2050 V, yielding a Baliga's power figure of merit of 1.1 GW/cm2. Furthermore, the interface trap density (Dit) of β-Ga2O3 SBDs is measured, and it is found that the HfO2 layer can effectively reduce the interfacial Dit from 3.25 × 1012 to 4.76 × 1011 cm−2eV−1, showing an 85% reduction, with a trap energy level located at ET in a range of 0.21–0.25 eV below the EC and the time constant ranging from 4.46 to 8.36 × 10−5 ms. Therefore, this work provides important guidance of β-Ga2O3 SBD for high-power applications, pushing the development of ultra-wide gap semiconductors greatly.
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