图1 剥离衬底后的纵向GaN SBD
虽然GaN基SBD的研究已有了很大的进展,但实际的指标与其极限值还相距甚远,如图2所示。GaN基SBD必须解决以下几个重要问题,才能充分发挥其优势。
图2 各种材料的理论极限
·大失配衬底。因为没有合适的GaN单晶作为衬底,GaN基材料必须采用异质外延技术。目前常用的两种衬底中,SiC虽然外延质量较好,但价格昂贵,而蓝宝石衬底虽然价格低廉,但因其导热性差,外延质量难以保证。因此,开发价格低、晶格匹配、导热性好的衬底是提高GaN基器件性能的根本。
·欧姆接触。GaN基材料由于禁带宽度大,难于与金属形成低电阻的欧姆接触,这样会造成能量的损耗,使器件产生过多的热量而降低其可靠性。同时,GaN材料表面性质活跃,容易生成氧化膜,使金属与半导体之间的势垒增大。这都严重制约了器件的性能。如何选择合适的金属或多层金属、退火工艺的改进及表面处理工艺是欧姆接触目前的研究重点。
·肖特基接触。肖特基接触质量的好坏直接影响到SBD的反向击穿电压、反向漏电流的大小,这些参数都是衡量SBD性能的重要依据。同时,高密度表面态的存在,使半导体表面费米能级产生钉扎,严重影响肖特基势垒质量。因此肖特基金属材料、制作工艺以及表面态是这一部分的主要研究内容。
·散热问题。大功率器件的散热问题制约了器件可靠性(寿命),器件的可靠性是其能否实用化的关键。
·器件集成化。