原文標題
Pulsed MOCVD promises to improve AlN-based power devices
原文刊登于英文雜志Power Electronics Magazine, Tuesday 12th August 2025
氮化鋁基準垂直肖特基勢壘二極管彰顯脈沖MOCVD生長高質量n型材料的能力。南卡羅來納大學的工程師通過使用該技術制造準垂直肖特基勢壘二極管（a），展示了脈沖MOCVD用于AlN生長的強大能力；制造器件的頂視圖（b）。
氮化鋁（AlN）作為電力電子材料具有巨大潛力，其關鍵指標——巴利加優值（Baliga figure of merit）超過所有其他超寬禁帶半導體。然而，器件性能受限于與摻雜相關的困難，包括高電離能以及自補償缺陷的形成。
但根據南卡羅來納大學的一個工程師團隊的說法，從傳統的生長方法轉向脈沖MOCVD可以帶來很大提升。這些研究人員聲稱，脈沖MOCVD能夠實現更高效的AlN摻雜，同時降低電離能并提供更優異的摻雜控制。
由于AlN摻雜的困難眾所周知，氮化物領域的研究人員已經研究了許多創新技術試圖解決這個問題。這些努力包括使用在低溫下進行的金屬調制MBE，以減少自補償缺陷的形成；以及在MOCVD過程中添加紫外光源，這種方法雖難以實施，但能實現費米能級控制并減輕自補償。采用后一種技術，硅摻雜的AlN層可實現2x10¹? cm?³的摻雜密度和160 cm²/V·s的遷移率。
南卡羅來納大學的團隊認為，他們的脈沖MOCVD比涉及紫外光源的技術更易于實施。今年早些時候，他們報道了從傳統MOCVD轉向脈沖MOCVD能使AlN的電導率提高一個數量級，現在他們正在展示這種生長技術在制造準垂直肖特基勢壘二極管方面的能力。
為了制造這些功率二極管，該團隊首先取用AlN襯底，采用傳統MOCVD生長250 nm厚的未摻雜AlN緩沖層，隨后是非故意摻雜的Al?.?Ga?.?N層，1 μm厚的硅摻雜Al?.?Ga?.?N層用于形成接觸，以及100 nm厚的未摻雜漸變層，其中鋁組分從70%增加到100%。
詳細介紹這項工作的論文合著者Abdullah Al Mamum Mazumder告訴《化合物半導體》雜志，他們使用傳統MOCVD來生長這些層，是因為它能夠兼顧效率和高生長速率。
"對于摻雜AlN層的生長，使用脈沖MOCVD在可實現摻雜劑摻入和更小的施主電離能級方面提供了重要優勢。這就是為什么在這項工作中我們僅使用脈沖MOCVD來生長有源AlN層。"
工程師們從他們的外延片上制造了具有圓形幾何結構的準垂直肖特基勢壘二極管。為了制造這些器件，他們使用標準光刻和電感耦合等離子體反應離子蝕刻來定義臺面并觸及Al?.?Ga?.?N層——在該層上他們使用電子束蒸發形成了n型接觸。通過電子束蒸發添加肖特基接觸。這完成了二極管的制造，其肖特基接觸和歐姆接觸之間有10 μm的間距。
電學測量顯示，該團隊的肖特基勢壘二極管具有約395 V的擊穿電壓。根據模擬，峰值電場擊穿強度為9.9 MV/cm。工程師們指出，結合鈍化和場板技術可以使擊穿時的電場接近AlN的臨界電場（12-15 MV/cm）。
該團隊的肖特基勢壘二極管開啟電壓約為2.2 V，理想因子為2.4，這歸因于AlN表面的氧化物形成以及金屬-AlN界面不完美。"我們計劃在未來的工作中解決這些問題，"團隊成員Tariq Jamil說。
其他目標包括對高鋁組分的AlN和AlGaN材料的脈沖MOCVD生長進行系統研究。
"我們的任務包括提高摻雜水平、優化材料質量、以及進行遷移率和電流輸運分析與優化，"Mazumder說。"我們也在致力于利用脈沖MOCVD開發新器件。這些包括垂直和準垂直的肖特基二極管和p-n二極管，以及晶體管。"
參考文獻
A. A. M. Mazumder et al. Appl. Phys. Express. 18 065501 (2025)
原文轉載于【Power Electronics Magazine】官網
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