日本研究者在基于自立式氮化镓衬底上制造出的垂直结构的氮化镓p-n二极管中实现突破性水平的击穿电压和较低的导通电阻。这一产品采用三层漂移结构。其中，靠近p型氮化镓的漂移层结构采用轻掺杂方法，以抑制p-n结的峰值场，支持更高的电压。第二层经适度掺杂，可以降低导通电阻。

  研究者们在设计器件时采用的是2英寸自立式氮化镓衬底，采用间隙辅助分离法制成，其线位错密度低于3×10⁶/cm²。

  器件材料采用金属有机气相外延法生长。研究者们采用特制的稀释的硅烷气体生产线，以实现n型氮化镓层中极低浓度的硅掺杂。研究者们表示：“通过降低p型氮化镓层下面层的掺杂浓度，能抑制负偏置条件下p-n界面处的峰值电场。”

  采用二次离子质谱法确认了硅掺杂剖面，测量限度约为9×10¹⁵/cm³。研究者们一致认为在大部分较轻浓度的硅掺杂n型氮化镓层中，实际掺杂浓度要小于该数值。

  在制造过程之前，材料经过850℃条件下的退火处理，激活了p型氮化镓层中的镁掺杂。

  在p型氮化镓层上形成p型欧姆接触，接着溅射二氧化硅/旋涂玻璃绝缘体/钝化层从而在其上制成场板结构。

  该三层漂移结构器件直径为100μm，具有圆形p型电极，可实现较低的导通电阻为1.7mΩ-cm²。双层漂移结构的类似器件（2μm不掺杂和22μm，1.1×10¹⁶cm³硅掺杂）有较低的导通电阻大约为1.4mΩ-cm²。开启电压大约为3.1V。

  研究者们表示：在位错密度较低的氮化镓基底上生长高质量的外延层，保证了导通电阻维持在较低水平。高质量外延层加强了光子循环效应，p-n结中电子空穴对复合产生的高密度光子激发了深掺杂的镁受主，增加了导电空穴的数量。

  电极直径分别为60μm和200μm的三层漂移器件能实现反向击穿电压高达4.7kV，比单一漂移层二极管的这一性能数值高1kV。美国研究机构Avogy发布了一款基于氮化镓衬底的二极管，可实现击穿电压大于4kV。此次日本研究团队研发的双漂移层结构可实现3.8kV的击穿电压。

  研究者们表示，基于厚度更大一些的单一无掺杂氮化镓，也有可能实现类似或更高的击穿电压，但由于正向偏压下的电子载流子浓度较低，导通电阻会显著加大。因此，此次研究发现，采用多层漂移结构是提升氮化镓p-n二极管综合性能的有效途径。

  新产品Baliga品质因数（击穿电压2/导通电阻）为13GW/cm²，是在自立式氮化镓衬底上生长的氮化镓p-n结二极管所实现的最优数值。而之前研究证实，氮化镓器件的Baliga FOM比碳化硅肖特基势垒二极管大一个数量级。

  氮化镓p-n二极管的击穿一般发生在场板边缘的台阶部分，故绝缘能力的提升和场板构造的改进能够加强击穿性能。