Główne cele

Pakiet badawczy WP2 jest ukierunkowany na opracowanie zaawansowanych pionowych diod mocy w architekturze GaN-na-GaN. Wykorzystanie natywnych, krystalicznie czystych podłoży azotku galu pozwala na znaczne zredukowanie gęstości dyslokacji, co jest kluczowe dla osiągnięcia wysokich napięć przebicia oraz zminimalizowania prądów upływu.

Zakres prac obejmuje:

• Optymalizację epitaksjalnego wzrostu grubych, wysokiej czystości warstw dryftowych metodami MOVPE i HVPE.
• Precyzyjne domieszkowanie akceptorowe (Mg) oraz aktywację domieszek metodą ultra-wysokociśnieniowego wygrzewania (UHPA).
• Opracowanie powtarzalnych technologii wytwarzania kontaktów omowych i barierowych typu p i n.
• Projektowanie i wytwarzanie struktur z zakończeniami krawędziowymi (edge termination) oraz diod o strukturze JBS (Junction Barrier Schottky).

Badane struktury przyrządowe

W ramach realizacji pakietu rozwijane i porównywane są trzy główne konfiguracje diodowe oparte na wspólnej bazie typu n oraz warstwie dryftowej:

1. Diody barierowe Schottky’ego (SBD): zapewniające szybkie przełączanie i niski spadek napięcia przewodzenia.
2. Diody ze złączem p-n: charakteryzujące się wysoką odpornością na napięcia przebicia w polaryzacji zaporowej.
3. Diody p-i-n: zoptymalizowane pod kątem sterowania polem elektrycznym w warstwie intrinsic.

Rys. 1. Architektura struktur testowych: diody Schottky, p-n oraz p-i-n ze wspólnym podłożem natywnym i warstwą dryftową.

Wyniki i postęp prac

• Charakteryzacja podłoży Am-GaN: Przeprowadzono pełną serię pomiarów elektrycznych 2-calowych podłoży amonotermalnych (C-V z sondą rtęciową, rezonatory mikrofalowe, mapowanie rezystywności SiPDR). Potwierdzono wyraźny spadek rezystywności wraz ze wzrostem efektywnej koncentracji donorów ($N_D - N_A$).
• Wytworzenie zredukowanych struktur testowych: Zrealizowano procesy epitaksji MOVPE na podłożach Am-GaN oraz HVPE na dedykowanym nośniku, wytwarzając serie testowych struktur diodowych do kalibracji parametrów transportowych.
• Badania warstw pasywacyjnych: Przetestowano 9 różnych wariantów dielektryków osadzanych technikami PECVD i ALD pod kątem odporności dielektrycznej. Warstwy SiN (PECVD) wykazały najwyższe napięcia przebicia (53–89 V) i zostały wytypowane do dalszych prób jednorodności.

Rys. 2. Zależność rezystywności podłoża Am-GaN od koncentracji donorów netto ($N_D - N_A$), wyznaczona metodami SiPDR i Hg-probe C-V przy 295 K.

Plany na najbliższy okres

• Precyzyjne cięcie podłoży 2-calowych na próbki robocze $11 \times 11\text{ mm}$ z wytypowanych, jednorodnych stref.
• Wdrożenie procesów implantacji jonowej i aktywacji domieszek w autoklawach wysokociśnieniowych UHPA.
• Doświadczalna weryfikacja parametrów dynamicznych i temperaturowych prototypowych diod mocy.