完整教程：氮化镓（GaN）：降低氮化镓 PN 结二极管的导通电阻

上图说明：镁退火工艺通过消除与 PN 结串联的 p 型肖特基接触，显著提升了 PN 结二极管的性能。

垂直氮化镓功率器件或受益于更优质的 p 型接触 —— 通过镁离子注入与超高压退火技术实现

美国北卡罗来纳州立大学、Adroit Materials 公司及波兰高压物理研究所的工程师们，通过镁离子注入工艺制备垂直 PN 结氮化镓（GaN）二极管，并将其比导通电阻降低了九个数量级。

该团队发言人斯皮里东・帕夫利迪斯（Spyridon Pavlidis）表示，这一改进通过在接触堆叠结构中整合镁沉积与退火工艺实现，使器件性能达到外延生长氮化镓二极管的水平。

该合作团队研发的二极管兼具优异的整流比、超高电流密度及创纪录的低微分比导通电阻。这一突破将为需与镁注入 p 型氮化镓形成接触的垂直氮化镓器件研发提供助力。

“离子注入是半导体器件制造‘工具箱’的关键组成部分，因其可实现选择性区域掺杂，” 帕夫利迪斯指出，“这对于制造高性能晶体管和二极管（如 MOSFET、结势垒肖特基二极管等）至关重要。借助控制掺杂剂在器件中的注入位置，我们能够调控电流路径并管理电场分布。”

该团队的研究克服了多项镁离子注入 p 型掺杂氮化镓器件实现过程中的关键障碍，包括：通过注入后退火完成充分的掺杂激活与缺陷抑制；解决退火过程中掺杂剂非期望扩散导致的最终掺杂剖面控制问题；防止退火后氮化镓表面分解并保持其电性能；以及在注入结构上形成高质量接触。

超高压退火可产生更高的激活能，同时避免表面分解，但无法形成低电阻 p 型接触。为解决这一问题，帕夫利迪斯团队研究了纯镁物理气相沉积与退火工艺对注入 p 型氮化镓的影响。

该方法此前已被证实可与低掺杂 p 型氮化镓形成低电阻接触，其成功归因于多种机制：镁与镓的相互扩散形成重掺杂 p 型层；降低金属 - 半导体界面势垒高度；形成镁插层氮化物超晶格，通过极化作用引入电离受主。

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