Comprehensive characterization of vertical GaN-on-GaN Schottky barrier diodes
- Others:
- Ampère, Département Energie Electrique (EE) ; Ampère (AMPERE) ; École Centrale de Lyon (ECL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement (INRAE)-École Centrale de Lyon (ECL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement (INRAE)
- IIT Dharwad (IITD)
- Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
- Laboratoire Nanotechnologies et Nanosystèmes [Sherbrooke] (LN2) ; Université de Sherbrooke (UdeS)-École Centrale de Lyon (ECL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
- Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE) ; Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) ; Université Toulouse 1 Capitole (UT1) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
- RENATECH
- ANR-11-LABX-0014,GANEX,Réseau national sur GaN(2011)
- ANR-18-CE05-0045,C-PI-GaN,Combinaison de transistors GaN à architectures verticale et horizontale pour la conversion de puissance(2018)
Description
This paper reports comprehensive characterization of vertical GaN-on-GaN Schottky barrier diodes (SBDs) fabricated on free-standing GaN substrates. The GaN active layer properties are evaluated by atomic force microscopy (AFM), secondary-ion mass spectrometry (SIMS), micro-Raman spectroscopy, cathodoluminescence (CL), and deep-level transient Fourier spectroscopy (DLTFS). The GaN SBDs exhibit near-unity ideality factor (n = 1.1), promising Schottky barrier height (SBH) of ΦB = 0.82 eV, low turn-on voltage ~0.56 V, leakage current density of JR < 5.5×10-6 Acm-2 at-100 V, breakdown voltage VBR <-200 V, and less interface state density (NSS < 5×10 12 eV-1 cm-2) at the Ni/GaN Schottky contact. The forward and reverse current transport mechanisms of the SBD are identified by fitting analysis of measured J-V. Weak temperature dependence of ΦB and n is detected from I-V-T measurements. Similar traps at EC-0.18 eV and EC-0.56 are identified in the various SBDs from DLTFS, signifying that these traps are omnipresent defects in the epilayer.
Abstract
International audience
Additional details
- URL
- https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03826217
- URN
- urn:oai:HAL:hal-03826217v1
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- UNICA