近日，廣東致能科技團隊與西安電子科技大學廣州研究院/廣州第三代半導體創新中心郝躍院士、張進成教授團隊等等合作攻關，通過采用廣東致能科技有限公司的薄緩沖層AlGaN / GaN外延片，基于廣州第三代半導體創新中心中試平臺，成功在6英寸藍寶石襯底上實現了1700V GaN HEMTs器件。

相關研究成果于2024年1月發表于IEEE Electron Device Letters期刊。X. Li et al., “1700 V High-Performance GaN HEMTs on 6-inch Sapphire With 1.5 μm Thin Buffer,” IEEE Electron Device Lett., vol. 45, no. 1, pp. 84–87, Jan. 2024, doi: 10.1109/LED.2023.3335393.

圖1：150mm GaN HEMT器件及外延結構圖

實現這一器件所采用的GaN外延材料結構包括1.5μm薄層緩沖層和AlGaN/GaN異質結結構。該外延結構由廣東致能團隊通過MOCVD方法在6英寸藍寶石襯底上外延實現，其外延結構如圖1所示。

1.5 μm的GaN緩沖層具有良好的晶體質量和均勻性，晶圓級方塊電阻R□中值為342Ω /□，不均勻度為1.9 %。得益于絕緣的藍寶石襯底，緩沖層垂直漏電通道被切斷，外延/襯底界面處的橫向寄生通道也被顯著抑制。制備的LGD為30 μm的d - mode HEMT器件具有超過3000 V的高阻斷電壓（如圖2）和17Ω·mm的低導通電阻。

藍寶石上的薄緩沖層GaN技術可以顯著降低外延和加工難度，降低成本，使GaN成為1700 V甚至更高電平應用的有力競爭者。

圖2：GaN HEMT器件耐壓特性以及HTRB結果

藍寶石襯底上高性能GaN HEMTs的成功展示和評估為即將到來的1700 V商用GaN器件提供了一個非常有前景的選擇。1.5 μm的薄緩沖層表現出非常高的均勻性、出色的耐壓能力和可忽略不計的電流崩塌。制備的GaN HEMT器件在3000 V以上兼顧了低RON和高VBD，并通過1700 V的長期HTRB應力初步驗證了其魯棒性。

此外，高均勻性、廉價襯底、簡單外延等優勢勢必會加速降低成本，推動GaN HEMT走向更廣闊的應用領域。

來源：西安電子科技大學廣州研究院/廣州第三代半導體創新中心、致能科技