浙大首次报道垂直GaN功率整流器

浙江大学近期首次报道了没有电流折叠（即没有动态导通电阻降低）的垂直GaN功率整流器（GaN-on-GaN）。这款功率整流器即使在从高反向应力偏置切换到500V后也仅需200ns，性能也超过了目前最先进的硅（GaN-on-Si）器件上的横向氮化镓。同时，研究团队通过使用高速双脉冲测试电路在各种开关条件下定量评估动态导通电阻，验证了垂直GaN功率整流器中实验无电流折叠性能。

目前，动态导通电阻降级被认为是传统的横向GaN-on-Si器件的主要挑战，其根本原因包括：

（1）表面俘获，其容易降低与III族氮化物表面的短距离处的二维电子气（2DEG）导电性；

（2）含有深能陷阱的碳掺杂半绝缘缓冲堆栈，可产生负空间电荷并部分耗尽2DEG。

相比之下，由于具有垂直电流和高质量同质外延GaN漂移层以及良好控制的背景/补偿掺杂，垂直GaN-on-GaN器件可以从根本上克服动态导通电阻降级的巨大挑战。

图1：时间分辨动态RON/staticRON（a）由ZJU开发的垂直GaN-on-GaN肖特基势垒二极管；（b）横向GaN-on-Si商用器件A；和（c）横向GaN-on-Si商用器件B，其断开状态时间（tOFF_Stress）为100μs，断态偏置（VOFF_Stress）从50V增加到500V。还示出了在从（d）不同VOFF_Stress切换到500V，（e）不同tOFF_Stress切换至100s，以及（f）不同温度切换至150°C后在200ns处提取的三种GaN器件的动态RON/staticRON。

在不同转换条件下使用双脉冲测试仪和钳位电路定量评估动态导通电阻，包括：

（1）OFF状态应力偏置高达500V；

（2）OFF状态应力时间在10-6~102s之间；

（3）高温高达150℃；

（4）不同负载电流水平。

在所有测试条件下，垂直GaN-on-GaN整流器在从OFF状态切换后仅在~200ns内没有动态导通电阻降级。研究人员认为，垂直GaN-on-GaN整流器整体性能优于最先进的商业横向GaN-on-Si器件并且在高频应用方面具有巨大潜力。