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Record forward-current for AlGaN Schottky barrier diodes
原文刊登于Compound Semionductor 官网 2026年6月8日
分布式极化掺杂实现准垂直AlGaN肖特基势垒二极管创纪录正向电流
南卡罗来纳大学的工程师称，他们在高铝含量 AlGaN 材料体系的肖特基势垒二极管（SBD）上，刷新了正向电流的世界纪录。这些采用分布式极化掺杂（distributed polarisation doping）的准垂直结构二极管，在 10 V 和 15 V 正向偏压下，分别实现了 8 kA/cm-² 和 14 kA/cm-² 的电流密度。
该团队 AlGaN 二极管的一个关键基础是其衬底——AlN单晶衬底（bulk AlN substrate）。该平台与二极管材料晶格匹配，可提供极佳的热导/散热通路。通讯作者 Tariq Jamil 解释道：“但 AlN 单晶衬底是绝缘介质材料，要让它变成高导电非常棘手。”
正是出于这一限制，Jamil团队放弃了制造全垂直SBD的尝试——毕竟这绝非易事，例如在AlN单晶衬底上刻蚀通孔直达阳极层，就需要极其复杂的加工工艺。
Jamil认为，富铝AlGaN准垂直器件的一个显著优点是具有极高的衬底兼容性。他表示：“只要能在AlN单晶衬底上生长高铝组分材料，就能制备这种器件。此外，在绝缘衬底上制备准垂直器件，还能极大地简化其与众多电子或光电器件的集成流程。”
研究团队宣称，他们是首个将分布式极化掺杂技术应用于准垂直AlGaN肖特基势垒二极管（SBD）以形成n型区域的团队。值得注意的是，该技术本身并非首创，早在2002年便已有理论提出。此后，该技术已广泛应用于紫外激光器、发光二极管（LED）、场效应晶体管（FET）及p-n结二极管中。
研究人员选用AlN单晶衬底，经化学清洗后送入MOCVD系统。在氨气氛围中进行退火处理后，依次生长多层外延结构：首先是0.25 μm厚的AlN缓冲层，接着是0.3 μm厚的Al₀.₈Ga₀.₂N非掺杂层，再沉积1.2 μm厚的Si重掺Al₀.₇Ga₀.₃N层，最后生长关键的400 nm厚n型组分渐变层，该层中铝含量从0.7连续变化至1.0。
通过X射线衍射（XRD）获得的斜切 (1012)摇摆曲线谱显示：Si重掺 Al0.7Ga0.3N层的半峰宽（FWHM）约为126 arcsec，而AlN层的半峰宽仅为70 arcsec。这些数值表明，该异质结结构基本呈赝晶（pseudomorphic）生长。
为证实器件内极化掺杂的有效性，研究团队制备了对照样品——去除了1.2 μm厚的Si重掺 Al0.7Ga0.3N层。利用汞探针电容-电压（C−V）测试系统进行掺杂浓度分析，结果显示：在未引入任何外部杂质掺杂的情况下，分布式极化掺杂层的平均施主浓度仍达到了约 8.5×1017cm-3。
Jamil团队采用标准圆形台面结构制备了该SBD 。其中，n型欧姆接触采用 Zr/Al/Mo/Au 金属叠层，肖特基接触采用 Ni/Au 金属叠层，两者均通过电子束蒸发工艺制备。
电学测试结果表明，在15 V正向偏压下，器件电流密度达到 14 kA cm-2。考虑到电流分布的不均匀性（即实际导电区域小于器件总面积），其有效电流密度高达 36 kA cm-2。此外，在未采用钝化层及场板结构的情况下，器件的反向击穿电压达到了 210 V。
团队的下一阶段目标之一是制备多指条（multi-finger）结构等先进器件，以改善电流扩展的均匀性，从而进一步提升器件的总电流承载能力。另一项目标是实现尽可能高的反向击穿电压。
Jamil 指出：“实现高正向电流与高反向耐压的兼得，对于推动该类二极管在电力电子领域的应用至关重要。”
参考文献
T. Jamil et al., Appl. Phys. Lett.128, 133501 (2026).
原文源于【Compound Semionductor】官网