垂直GaN迎来新突破！

电子发烧友网综合报道 最近垂直GaN功率器件又迎来新进展。7月10日，广东致能CEO黎子兰博士，在瑞典举办的全球氮化物半导体顶尖会议ICNS(国际氮化物半导体会议)上发表邀请报告，首次报道了广东致能的垂直GaN HEMT功率器件技术。
 
致能半导体全球首次在硅衬底上实现了垂直的GaN/AlGaN结构生长和垂直的二维电子气沟道(2DEG)。以此为基础，致能实现了全球首个具有垂直2DEG的常开器件(D-mode HEMT)和全球首个垂直常关器件(E-mode HEMT)。通过去除生长用硅衬底并在背面制作漏电极，器件实现了垂直的电极结构布局和极高的散热能力。

 
图源：致能半导体

 
广东致能同时展现了其领先的阈值电压调控技术，常关器件阈值电压(Vt)最高可达4V以上。作为重大原创性贡献，该工作受到了会议组委会和与会人员的高度评价并引起了广泛讨论。
 
那么什么是垂直GaN？垂直GaN中“垂直”是指器件的结构，简单可以理解为器件中阳极和阴极相对的位置，目前大多数硅基GaN器件是平面型结构，即阳极和阴极处于同一平面上，导通电流在器件中横向流动；而垂直型GaN一般是基于GaN衬底，GaN衬底底面为阴极，阳极则位于上方，导通电流是竖向流动。
 
这就类似于目前大功率的MOSFET器件，高电压等级和电流等级的MOSFET器件，基本都采用垂直型的结构。
 
相比横向的硅基GaN或是碳化硅基GaN器件，垂直GaN器件由于采用了GaN衬底同质外延层，具有更低的位错密度，器件可靠性高，性能也更高。而具体到器件上，GaN二极管和晶体管都能采用垂直结构。
与横向或者说是平面结构GaN器件相比，垂直结构的GaN拥有诸多优势。首先是前面提到的，采用了GaN衬底同质外延层，具有更低的位错密度，外延层缺陷密度低，器件可靠性更高；
 
第二是由于器件结构上的优势，在相同的器件面积下，可以通过增加位于晶体管内部的漂移层（用于传导电流）的厚度，来提高电压等级，能够用于更高电压的应用中；同时，电流导通路径的面积大，可以承受较高的电流密度。
 
另外，垂直结构能够更容易产生雪崩效应，在超过击穿电压的情况下，雪崩最初通过反向极化栅源二极管发生，随后导致雪崩电流增加栅源电压并且沟道打开并导通。这是一种设备自我保护的重要属性，如果器件两端电压或导通的电流出现峰值，拥有雪崩特性的器件就可以吸收这些电涌并保持正常运行，在工业领域有很大的应用空间。