最近，AlGaN/GaN肖特基二极管（SBD）受到了越来越多的关注。该器件具有关断速度快、击穿电压高导通电阻小等特点，因而被业界广泛地认为是下一代功率器件的候选者。但是，目前对AlGaN/GaN SBD器件的研究并不是很成熟，该器件仍然存在着众多尚未解决的问题，例如开启电压高、阳极泄漏电流严重、击穿电压低等问题。针对这些问题，国内外研究机构做了一系列研究，例如为了降低AlGaN/GaN SBD的开启电压，采用刻蚀阳极势垒层的技术和选择性Si扩散的方法等。为了抑制二极管的阳极泄漏电流，研究出双金属阳极、C掺杂背势垒层和栅极终端（GET）等结构。为了调制二极管表面的电场分布，横向阳极场板结构以及 阳极垂直场板结构等都起到了很好的作用。尽管这些技术对Al- GaN/GaN肖特基二极管的性能有一定的改善作用，但是该器件所存在的阳极泄漏严重 、击穿电压低等问题依然存在。因此，本文针对二极管阳极泄露严重的问题在传统的GaN GET SBD器件结构基础上提出了一种改进结构 阳极连接P型埋层并结合场板的AlGaN/ GaN肖特基势垒二极管结构 AlGaN/GaN SBD with the anode connected P- buried layer combined with field plates（AC-PBL FPs SBD）。在该结构的缓冲层中生长了P型GaN埋层并与二极管的阳极相接触，同时在二极管的阳极和阴极两处都加上场板。在二极管处于关断状态时，P型埋层可以有效地阻挡从阳极肖特基结泄漏的电子，进而降低二极管的泄漏电流。同时，阳极肖特基结处 、P型埋层、GaN沟道层、阴极欧姆接触之间构成一个PiN二极管，使得P型埋层可以有效地抑制阳极漏电，并辅助耗尽器件沟道中的二维电子气（2DEG），扩展器件的空间电荷区，达到提高器件的击穿电压的效果。而在二极管开启时，由于P型埋层距离沟道较远，因而对器件的导通特性影响较小，所以器件可以获得较大的Baliga优值。
1. 器件结构及参数
1.1 器件结构
图1分别是GET SBD、AC-PBL FPs SBD结构示意图。
表1 器件主要参数
1.2 工作原理
AC-PBL FPs SBD器件主要提升GET SBD器件的关断特性，其原理为当器件关断时。二极管的阳极会出现电场集中效应，使得阳极肖特基结处的漏电增大，在阳极处发生雪崩击穿，导致器件被提前击穿，耐压得不到提高。而在缓冲层里加入P型埋层并与阳极短接之后，阳极肖特基接触、P型埋层、沟道层、阴极欧姆接触就构成可一个反向偏置的PiN二极管，阳极的泄漏电流会被P型埋层有效抑制。此外，P型埋层还可以辅助耗尽沟道中的2DEG，使得器件的空间电荷区进一步扩展。当P型埋层中的空穴被耗尽后可以留下不可移动的负电荷，这些电荷可以进一步调制器件的表面电场，进而提高击穿电压。而在阳极和阴极处都加上场板结后，可以有效地降低阳极和阴极处的电场峰值，配合P型埋层结构，可以使得击穿电压得到更大的提高。
2. 电学特性仿真与分析
本文所有的电学特性仿真与结果分析均是用Sen- taurus TCAD仿真软件和Origin数据处理软件完成。
2.1 导通特性
图2是GET SBD器件和AC-PBL FPs SBD器件在导通时是阳极电流特性曲线。
2.2 击穿电场分布特性
图3是GET SBD和AC-PBL FPs SBD器件在击穿时表面的电场分布图。为了进一步验证是P型埋层对提升器件的耐压起了主导性作用。在图3中还增加了有场板的GET SBD（GET FPs SBD）器件的表面电场击穿特性曲线图。
在GET FPs SBD器件中，因为有场板的作用，所以器件阳极右侧有多了表面电场峰值，而器件的整个漂移区电场值也有了一定的提高，击穿电压也提升到了320V。但是与理论击穿电压相比，该器件的耐压还相差甚远，主要原因和GET SBD器件一样，阳极泄漏导致沟道中的2DEG不能够完全耗尽，所以击穿电压得不到提升。
在AC-PBL FPs SBD器件中，不仅在阳极有了电场峰值，在阴极也出现了电场峰值，这表明P型埋层的加入抑制了器件阳极的泄漏电流，进而辅助耗尽了器件沟道的2DEG，所以空间电荷区得以向阴极区域扩展，进而在阴极处也产生了电场峰值。而且在漂移区3μm的位置也出现了微小的电场峰值，这主要是P型埋层中的负电荷所引起，P型GaN埋层中的负电荷也有调制器件表面电场的作用，所以该器件的整个漂移区电场分布都得到了抬高，因此器件的击穿电压得到了提高。另外，有了场板的作用，使器件的阳极电场得到了降低，进而阳极泄漏就得到了降低，同时在阴极处又引出了一个相同峰值的电场，所以器件的最终击穿电压被提高到733V，与GET SBD器件相比，耐压提高了约3.4 倍。
2.3 电势分布
图4是GET SBD器件和AC-PBL FPs SBD电势分布图。
2.4 电流密度分布
图5是GET SBD 和AC-PBL FPs SBD器件在击穿时，沟道中电子浓度的分布情况。从图中可以看出，相比于GET SBD器件，AC-PBL FPs SBD器件的沟道中电子已经几乎被耗尽，这就说明P埋层有抑制阳极漏电和辅助耗尽了沟道的2DEG的作用，使得器件的空间电荷区扩展到阴极区域，因而器件的击穿电压得以提高。
另外，当有P埋层存在时，器件的缓冲层中也有较高浓度的电子，这表明部分从阳极泄漏的电子被缓冲层所捕获，进而抑制了二极管的阳极泄漏电流。而在GET SBD器件的缓冲层中，电子浓度相对较低，这就表示在GET SBD器件中具有高浓度受主陷阱的缓冲层没有充分地发挥抑制阳极漏电的作用。而P埋层的存在更有助于缓冲层抑制器件阳极泄漏的电子，进而提高器件的耐压。
3. 参数优化
图6是讨论了P埋层的长度Ld以及P埋层到沟道层的距离Ts对器件击穿电压的影响。从图中可以看出无论Ts怎么变化，器件的击穿电压都会随着Ld的增长而增大。因为当Ld增长时，P埋层对阳极的泄漏抑制作用和对沟道电子的辅助耗尽作用就越强，所以器件的耗尽区就越长，因而器件的击穿电压就会越大。但是Ld的长度也不是越长越好，因为从上面的电场分布可知，器件在阴极的电场峰值最高，如果 Ld的长度不断增长，则会使得二极管阴极处的电场继续升高，继而导致器件提前在阴极处被击穿。因而P埋层的最终长度还需结合阴极处的电场分布综合考虑。
图7就是讨论了Ts为0.2μm时，随着Ld的增长，器件表面电场强度分布情况。从图上可以看出当Ld从1μm逐渐增加到3.5μm时，器件的表面电场逐渐被抬高，尤其是阴极区域，电场曲线下的面积逐渐增大，这就表示器件的击穿电压随着Ld的增长而增大，与图6中的分析结果一致。但是观察阴极处的电场可知，当Ld的长度达到3μm时，器件在阴极处的电场强度已经达到了临界击穿电场，因而当Ld超过3μm时，再增加Ld的长度是没有意义的，因而对Ld的优化结果最终确定为3μm。
图8和图9分别是Ld为3μm时，参数Ts与器件的导通电阻、特征导通电阻、击穿电压以及器件的Baliga优值之间的变化关系。从图8可知，器件的导通电阻随着Ts的增大而减小，这证明P埋层距离沟道很近的情况下，会对沟道中的电子产生影响，导致在正向导通时，器件的导通电阻增大。在0.05～0.2μm 的区间，器件的导通电阻随Ts的变化，下降的幅度很大，而在Ts超过0.2μm后，器件的导通电阻下降幅度趋向平缓，这表明在P埋层距离沟道的距离在超过0.2μm后，对沟道中电子的影响就变得很微小。这个趋势在特征导通电阻中表现的更明显，图8中Ts在0.2μm、0.25μm和0.3μm时器件的特征导通电阻几乎没有变化，分别是5.78Ω·mm、5.77Ω·mm和5.76Ω·mm，但是还不能确定哪个值才是最优值。
4. 结束语
本文提出了一种AlGaN/GaN SBD器件新结构AC-PBL FPs SBD。该结构主要是为了改善传统GET SBD器件存在的阳极漏电严重的问题，进而提高器件的击穿电压。当器件处于反向偏置时，肖特基结处、P型埋层、沟道层和欧姆接触形成一个反向偏置的PiN二极管，可以有效抑制阳极漏电，同时辅助耗尽沟道中的2DEG。此外P型埋层中的负电荷，以及阳极和阴极处加的场板，可以有效地调节漂移区和两个电极上的电场，使得器件的表面电场得以抬高，分布的更加均匀，从而提高器件的耐压（从213V提高到733V）。而器件的正向特性并未因为加了P埋层而恶化，正向导通电阻仅仅增大了0.16Ω·mm，此外，由于将器件的底层缓冲层中受主陷阱的浓度降低了，器件的开启电压得到了降低，从0.53V降低到0.36V。因此，综合击穿电压，器件的Baliga优值从0.14 GW·cm-2提高到1.62 GW·cm-2。