Analysis of Vertical GaN JBS and p-n Diodes by Mg Ion Implantation and Ultrahigh-Pressure Annealing
Analysis of Vertical GaN JBS and p-n Diodes by Mg Ion Implantation and Ultrahigh-Pressure Annealing
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通过镁离子注入和超高压退火分析垂直 GaN JBS 和 p-n 二极管
DOI：
10.1109/ted.2023.3339592
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发表时间：
2023
影响因子：
3.1
通讯作者：
Kohn, Erhard
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Stein, Shane R.;Khachariya, Dolar;Mecouch, Will;Mita, Seiji;Reddy, Pramod;Tweedie, James;Sierakowski, Kacper;Kamler, Grzegorz;Bockowski, Michal;Kohn, Erhard
报道了用镁离子注入和超高压退火(UHPA)形成的垂直GaN结势垒肖特基(JBS)二极管。二极管的静态导通特性显示，理想系数为1.05，导通电压为~0.7V，电流整流比为，低的差动比导通电阻随肖特基条纹宽度变化，与解析模型符合较好。反向漏电流对肖特基条纹宽度的依赖关系也符合解析模型。在同一晶片上制作的注入p-n结二极管具有正温度系数的反向偏置雪崩击穿，但正向电流受到串联势垒的限制。P-n二极管的温度相关电流-电压测量证实了注入的p-n结的存在，并揭示了额外的0.43 eV势垒，我们假设它来自p-肖特基接触，并与p-n结形成背靠背的第二个二极管。对注入的p-n二极管、用故意p-肖特基接触制造的外延p-n二极管的电容-电压特性的分析支持了这一解释，并与TCAD模拟进行了比较。最终，p-肖特基接触的存在不会阻碍JBS二极管的工作。扩散感知设计和/或扩散抑制的使用代表了GaN功率器件中镁离子注入技术的未来发展方向。
We report on vertical GaN junction barrier Schottky (JBS) diodes formed by Mg ion implantation and ultrahigh -pressure annealing (UHPA). The static ON-state characteristics of the diodes show an ideality factor of 1.05, a turn-on voltage of ~0.7 V, a current rectification ratio of, and a low differential specific ON-resistance that scales with Schottky stripe width in fair agreement with the analytical model. The reverse leakage dependence on Schottky stripe width also agrees well with the analytical model. Implanted p-n junction diodes fabricated on the same wafer exhibit avalanche breakdown in reverse bias with a positive temperature coefficient, but the forward current is limited by a series barrier. Temperature-dependent current–voltage measurements of th p-n diodes verify the presence of the implanted p-n junction and reveal an additional 0.43-eV barrier, which we hypothesize arises from a p-Schottky contact and forms a second diode back-to-back with the p-n junction. This interpretation is supported by analysis of the capacitance–voltage characteristics of the implanted p-n diodes, epitaxial p-n diodes fabricated with intentional p-Schottky contacts, and comparison to TCAD simulations. Ultimately, the presence of the p-Schottky contact does not hinder JBS diode operation. The use of diffusion-aware designs and/or diffusion reduction represents future directions for Mg implantation technology in GaN power devices.
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