垂直 GaN 技术：GaN 在横向和纵向技术方面的主要技术差异

垂直结构通常被认为有利于高电压、高功率器件，因为它便于电流扩散和热管理，并允许在不增大芯片尺寸的情况下实现高电压几乎所有商用的MV/HV Si和SiC功率器件都是基于垂直结构此外，与GaN-on-Si外延相比，GaN-on-GaN同质外延层具有更低的位错密度，(VON)是由GaN的大能带隙引起的。先进的sbd是非常可取的，因为它们结合了肖特基样正向特性(具有低VON)和pn样反向特性(峰值电场从表面移到半导体中)。这些先进的SBDs包括沟道MIS/MOS势垒肖特基(TMBS)二极管，结势垒肖特基(JBS)二极管，合并p-n/肖特基二极管(MPS)。这些二极管采用MIS堆栈或p-n结在低反向偏置时耗尽漂移区域的顶部，从而屏蔽肖特基接触顶部免受强电场的影响。JBS和MPS二极管具有相似的结构，只是与p-GaN的肖特基接触或欧姆接触不同。600-700 V的GaN TMBS二极管和JBS二极管，和2 kV的MPS二极管，与标准SBDs相比，泄漏电流至少低100倍。

横向 GaN 硅或碳化硅器件上的 GaN 结合了热膨胀系数不匹配的材料。此外，我们可以说在典型的 GaN HEMT 器件中，通道非常靠近表面，大约为几百纳米，这可能会产生冷却和钝化问题。在横向GaN on silicon器件中，你知道，漏源分离决定了器件的击穿电压，所以差异很大。我想问你，如果我们可以开始，你能解决这些设备之间的技术差异吗?您能告诉我 GaN 在横向和纵向技术方面的主要技术差异吗?

在横向 GaN 硅或碳化硅器件上的 GaN 结合了热膨胀系数不匹配的材料。此外，我们可以说在典型的 GaN HEMT 器件中，通道非常靠近表面，大约为几百纳米，这可能会产生冷却和钝化问题。在横向GaN on silicon器件中，你知道，漏源分离决定了器件的击穿电压，所以差异很大。我想问你，如果我们可以开始，你能解决这些设备之间的技术差异吗?您能告诉我 GaN 在横向和纵向技术方面的主要技术差异吗?

横向器件，我倾向于认为它们实际上是一些已开发的 RF GaN 器件的表亲，它基于异质结构。电流的传输是通过二维电子气进行的，它在很大程度上是一种表面定向装置。对于垂直 GaN 器件，它仍然是 GaN，但器件的结构和 GaN 的真正性质却大不相同。我倾向于将垂直 GaN 器件真正视为分立硅或碳化硅功率器件的类似物。因此，如果您看卡通片或设备的横截面，就会发现它与硅或碳化硅具有非常相似的特征。

因此，您通常有一个原生基板，一个氮化镓基板，不一定非要如此，但这是首选。所以这是一个区别，你有一个厚的漂移层，它是阻挡电压的层，同时也充当电流的电阻器。因此，存在垂直传输，电场往往主要是垂直的，首先要订购的不是表面设备，最高的场，你会尝试埋在设备内的 PN 结处。现在，对于二极管，或者实际上任何设备，您确实有需要处理的边缘终端。如果它是 MOSFET，则顶部会有一个电介质栅极。所以在材料的性质和加工上肯定存在一些差异。对于垂直 GaN，它又有点像硅或碳化硅分立功率器件。只是从横截面的角度和布局等方面来看。这些是主要区别。这是阻挡电压的层，也充当电流的电阻器。

国外垂直GaN器件的研究还处于初级阶段，存在许多有待解决的问题。一个关键问题是在不同衬底上垂直GaN器件的成本和性能权衡。蓝宝石上的氮化镓和硅上的氮化镓与氮化镓上的氮化镓相比，可以以更高的位错密度为代价实现更低的外延成本例如，GaN上典型的位错密度在GaN、蓝宝石和Si上为103-106 cm2,1 07-108厘米2、108-109厘米2,分别。在GaN-on-Si中，较高的位错密度可诱导相对较小的正向特性退化，但在高偏置时可产生较高的关态漏电流。有趣的是，虽然垂直GaN-on-Si器件的BV通常是由阱介导过程控制的，据报道这种阱介导的BV在开关电路中保持雪崩的强度。陷阱对设备泄漏和击穿的影响，以及它们的影响与不同制造技术的相关性，以实现完全垂直GaN-on-Si和GaN-on-sapphire器件，需要进一步研究器件、材料和物理。

此外，在国外衬底上的垂直GaN器件中，更高的漏电流对器件可靠性和鲁棒性的影响尚未被了解。注意，这一理解对于横向GaN-on- si功率和射频器件也很重要，因为它们在高漏偏置时的漏电流主要是垂直的，通过GaN缓冲层和过渡层。虽然所有的商用GaN-on- si器件都显示了优秀的可靠性认证数据，但似乎缺乏衬底选择(和GaN位错密度)对横向GaN器件可靠性和稳健性影响的基础和比较研究。另一方面，值得注意的是，商业GaN- On - si横向hemt的良好可靠性并不意味着国外衬底上的垂直GaN器件也具有同样的可靠性，因为这两种器件的主要载流子传输方向完全不同。