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肖特基势垒高度对AlGaN/GaN SBD特性的影响

  选取高势垒和低势垒金属的功函数分别为5.36eV和3eV,即分别对应Pt和Al,其肖特基势垒分别为1.54eV和0.48eV。GaN的背景掺杂取为NDB=5×1015cm-3,AlGaN的背景掺杂取为NDB=2×1016cm-3,AlGaN/GaN界面的极化电荷密度取为1.5×1012cm-2。图1给出了不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD的反向I-V特性,其中高势垒SBD在阳极电压约为-520V处硬击穿,而低势垒SBD则没有明显的击穿特性,在很低的反向偏压下电流就迅速上升。图2给出了不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaNSBD的正向I-V特性,高势垒SBD在阳极电压约为1.0V处导通,而低势垒SBD则在阳极电压高于0时电流就迅速增大。
不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD的反向I-V特性 
图1 不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD的反向I-V特性
不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD的正向I-V特性 
图2 不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD的正向I-V特性
 
  低势垒SBD无论正反向I-V特性都表现出较大的电流,首先仍要考虑到不同肖特基势垒高度下异质结中能带分布和电子密度的基础水平的差异。图3给出了零偏置下不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD沿阳极中部下方纵剖面的导带分布图,图4给出了相应情况下的电子密度分布。高肖特基势垒令AlGaN势垒层中的导带形成能量的尖峰,该势垒的耗尽作用令二维电子气被耗尽,而低势垒结构中AlGaN势垒层的势垒较低,AlGaN/GaN界面的GaN侧存在峰值浓度约1×1018cm-3的二维电子气。
零偏置下不同肖特基势垒高度AlGaN/GaN SBD沿阳极中部下方纵剖面的导带分布图 
图3 零偏置下不同肖特基势垒高度AlGaN/GaN SBD沿阳极中部下方纵剖面的导带分布图
 
零偏置下不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD沿阳极中部下方纵剖面的电子密度分布图 
图4 零偏置下不同肖特基势垒高度的AlGaN/GaN SBD沿阳极中部下方纵剖面的电子密度分布图
 
  这种基础水平的差异在SBD外加偏压、出现电流时更为明显。当二极管处于正偏状态时,肖特基势垒降低,电子比较容易从半导体流向金属,形成由金属流向半导体的电流。当金属为高肖特基势垒金属时,由于势垒本身较高,所以电子从半导体流向金属变得非常困难,这时候就需要施加更大的正偏电压才能开启器件。若金属为低肖特基势垒金属,势垒本身较低,所以电子流从半导体流向金属也变得更加容易,这时只需要很小的正偏电压就能开启器件。
 
  当二极管器件处于反偏状态时,肖特基势垒升高。这时候电子流很难从半导体流向金属,对于高肖特基势垒金属,电子更难从金属流向半导体,这样导致反向电流很小,随着反向电压的增大,电流最终达到饱和。对于低肖特基势垒金属,电子则较容易从金属流向半导体,这样导致反向电流会比较大,存在较大的漏电流。
 

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