浙大首次報道垂直GaN功率整流器

浙江大學近期首次報道了沒有電流折疊（即沒有動態導通電阻降低）的垂直GaN功率整流器（GaN-on-GaN）。這款功率整流器即使在從高反向應力偏置切換到500V后也僅需200ns，性能也超過了目前最先進的硅（GaN-on-Si）器件上的橫向氮化鎵。同時，研究團隊通過使用高速雙脈沖測試電路在各種開關條件下定量評估動態導通電阻，驗證了垂直GaN功率整流器中實驗無電流折疊性能。

目前，動態導通電阻降級被認為是傳統的橫向GaN-on-Si器件的主要挑戰，其根本原因包括：

（1）表面俘獲，其容易降低與III族氮化物表面的短距離處的二維電子氣（2DEG）導電性；

（2）含有深能陷阱的碳摻雜半絕緣緩沖堆棧，可產生負空間電荷并部分耗盡2DEG。

相比之下，由于具有垂直電流和高質量同質外延GaN漂移層以及良好控制的背景/補償摻雜，垂直GaN-on-GaN器件可以從根本上克服動態導通電阻降級的巨大挑戰。

圖1：時間分辨動態RON/staticRON（a）由ZJU開發的垂直GaN-on-GaN肖特基勢壘二極管；（b）橫向GaN-on-Si商用器件A；和（c）橫向GaN-on-Si商用器件B，其斷開狀態時間（tOFF_Stress）為100μs，斷態偏置（VOFF_Stress）從50V增加到500V。還示出了在從（d）不同VOFF_Stress切換到500V，（e）不同tOFF_Stress切換至100s，以及（f）不同溫度切換至150°C后在200ns處提取的三種GaN器件的動態RON/staticRON。

在不同轉換條件下使用雙脈沖測試儀和鉗位電路定量評估動態導通電阻，包括：

（1）OFF狀態應力偏置高達500V；

（2）OFF狀態應力時間在10-6~102s之間；

（3）高溫高達150℃；

（4）不同負載電流水平。

在所有測試條件下，垂直GaN-on-GaN整流器在從OFF狀態切換后僅在~200ns內沒有動態導通電阻降級。研究人員認為，垂直GaN-on-GaN整流器整體性能優于最先進的商業橫向GaN-on-Si器件并且在高頻應用方面具有巨大潛力。