来自美国弗吉尼亚理工学院和州立大学以及中国苏州晶湛半导体有限公司的研究团队宣布，制造了具有 p-GaN 降低表面场（RESURF）结构的多通道肖特基势垒二极管（(SBD），旨在降低峰值电场，扩展击穿能力，同时多通道结构还降低了导通电阻，研究人员声称，该氮化镓（GaN）功率器件的测量得到了最高击穿电压值，超过10 kV。
器件材料由20nm p + -GaN和350nm p-GaN顶层组成，这些顶层位于23nm Al0.25Ga0.75N / 100nm本征GaN的5x多通道上，并且该材料使用金属有机化学气相沉积在蓝宝石上连续生长。其薄层电阻为 178/Ω/平方、迁移率为2010cm2/V-s 和五通道总二维电子气（2DEG）密度为1.75x1013/cm2。器件制造过程：首先与钛/铝/镍/金形成自对准欧姆阴极接触，隔离台面高度为900nm，阳极触点是镍/金，具有 2μm 延伸，触点缠绕在台面侧壁上。
p-GaN 材料被蚀刻，留下 2μm 终端结构 （LP）或 RESURF 结构。 RESURF区域中p-GaN的厚度旨在平衡p-GaN中的正电荷与2DEG多通道中的负载流子。使用测试结构上的电容电压测量可确定为此所需的临界厚度，最佳值在80-100nm范围内。
与使用电荷极化效应来平衡电荷的“极化超级结”（PSJ）设备相比，RESURF 结构在制造方面更实用，研究人员表示RESURF 多通道结构显示了对不平衡 PSJ 器件的有效设计，而理想的多通道 PSJ 器件可能很难通过实验实现。
RESURF二极管到阴极的完全蚀刻区域为 12μm（LPC）。使用等离子增强化学气相沉积（PECVD）进行氮化硅（SiNx）钝化。器件的1mA / mm电流密度开启电压为0.6V。3V 开/关电流比约为107。与没有端接的二极管相比，RESURF结构的击穿电压高出约2倍，而具有p-GaN端接的二极管的击穿电压则高出约1.5倍。
就平均击穿横向电场而言，RESURF 器件的值在 0.94-1MV/cm 范围内，而无端接器件的值为0.42-0.47MV/cm，有端接器件的值为0.59-0.64MV/cm。阳极-阴极距离（LAC）为 98μm的 RESURF设备显示出 9.15kV 的击穿电压，而123μm设备在10kV 限制下没有显示退化。后一种器件在10kV 反向偏压下的漏电流为 1.8x10-5A/mm。该团队建议，较短漂移区器件的平均击穿电场值表明击穿电压约为 11kV。
集成3kV反向偏置的电容-电压测量结果显示，RESURF 结构的总电容电荷为 2.1nC/mm，而端接器件为 1.7nC/mm。额外电容的开关损耗仅增加了5%，因为大部分电容电荷在低反向偏压下被去除。RESURF 装置中的电容能量损失计算为1.6μJ/mm。
模拟表明，RESURF 结构的作用是使电场更均匀地分布在横向漂移区域上，而不是在阳极附近达到峰值/拥挤。在模拟中，123μm 端接器件在 10kV 反向偏压下的峰值电场超过 5MV/cm， RESURF 结构的峰值电场超过 3.5MV/cm。
研究人员评论说，这是所有报道过的5kV+ SBD 最高值，并且远远超过一维碳化硅单极理论极限。与 4 英寸 SiC 相比，4 英寸蓝宝石上 GaN 晶圆的成本降低了约 2-3 倍。再加上更小的芯片尺寸，我们的GaN SBD 的材料成本预计将远低于同类 SiC SBD。横向 GaN 器件的加工成本也有望低于 SiC。
