引言
首次成功製造了全垂直n型矽襯底上的鋁鎵氮化物肖特基二極體[J. Appl. Phys，vol . 125，p205110，2019]。這種器件是透過在通常的絕緣層上建立導電通路來實現的,在(111)取向的矽上生長ⅲ-氮化物材料所需的氮化鋁緩衝層。透過用n-AlGaN填充AlN (v-AlN)中自發形成的通孔來實現導電。
這項技術還可以在矽上製造其他垂直高功率器件，如垂直n-AlGaN場效應電晶體(FETs)、雙極器件、發光二極體(LEDs)和感測器。垂直結構將峰值電場推離經常發生故障的器件表面。
在矽襯底上生產將大大降低製造成本。III族氮化物功率結構和矽控制電路的單片整合可能會帶來更多好處。Kurose和Aoyagi使用水平金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)，在氫載氣中使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、四乙基矽(TESi)和氨(NH3)前驅體。矽襯底是(111)晶體取向並摻雜有雜質的n型。
最初的金屬有機化學氣相沉積生長 ( 圖1 外延生長圖和生長層橫截面示意圖 ) 在氮化鋁成核層中產生自發通孔。根據光學顯微鏡對以每分鐘7和8標準立方厘米(sccm)的TMA流速生長的樣品的檢查，孔密度為(2.5-3.0)x107/cm2。洞的大小在範圍內400–800奈米,500-1000奈米，分別是。
圖1
根據原子力顯微鏡，孔的深度約為80奈米。使用交替生長模式MOCVD用導電n-AlGaN填充絕緣AlN緩衝層中的這些通孔,在那裡輸入源材料按順序。方法隨著生長的進行，增強了表面原子的橫向遷移。材料的掃描電子顯微鏡橫截面顯示通孔被n-AlGaN填充。在通孔上方。空穴傾向於在覆蓋的n-AlGaN材料中形成。具有稍微不同的生長條件的另一層n-AlGaN層封閉了空隙，並給出了可以生長量子阱和GaN接觸層的平坦表面。
這些空隙被認為有助於“減少矽襯底上外延層的彎曲”和避免器件層中的裂紋。曲率測量顯示，在AlN生長過程中，曲率增加到70/km，當生長具有空隙的n-AlGaN。冷卻後，曲率恢復到+70/km。這與在沒有通孔的n-AlN上生長的n-AlGaN形成對比曲率繼續增加，總計為+190/km。這個最終值不受冷卻的影響。
垂直傳導結構由：v-AlN和非v-AlN緩衝層上的n-AlGaN層。歐姆接觸金屬被施加到頂部n-AlGaN(鈦/鋁/鈦/金)和底部矽(銀/金)襯底，隨後燒結。這v-AlN結構表現出低的33W電阻，而非v-AlN抵抗組織是7200W.電極面積為0.75mm2。研究人員提取了作為100mW-cm2的v-AlN緩衝器，與非v-AlN的54,000mW-cm2.肖特基二極體也是用鎳/金代替n-AlGaN電極生產的。電極之間的層由500 m矽襯底、300nm v-AlN和1 m n-Al0.3Ga0.7N組成。20V偏置的正向/反向電流比是~104(圖2)。圖2。垂直肖特基二極體的電流-電壓特性；(a)線性圖，(b)對數圖，和(c)波段圖。
圖2
肖特基二極體的理想因子為60，勢壘高度為0.44電子伏串聯電阻估計是900W.這20V偏壓下的正向電流密度為4.9A/cm2。研究人員評論說:“這些值並不表明肖特基二極體的效能非常好。這可能是由於洩漏電流和/或我們最先進階段的高串聯電阻造成的，使用v-AlN在矽襯底上開發全垂直肖特基二極體。"
對比肖特基和歐姆器件的效能，該團隊表示串聯電阻主要來源於肖特基接觸。n-AlGaN層很薄，具有未終止的穿透位錯，產生高漏電流，被認為是效能差的原因。降低效能的另一個影響是肖特基電極邊緣的高電場產生的高電流。
