器件材料由20nm p + -GaN和350nm p-GaN頂層組成，這些頂層位于23nm Al_0.25Ga_0.75N / 100nm本征GaN的5x多通道上，并且該材料使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在藍(lán)寶石上連續(xù)生長(zhǎng)。其薄層電阻為 178/Ω/平方、遷移率為2010cm²/V-s 和五通道總二維電子氣（2DEG）密度為1.75x10¹³/cm²。器件制造過(guò)程：首先與鈦/鋁/鎳/金形成自對(duì)準(zhǔn)歐姆陰極接觸，隔離臺(tái)面高度為900nm，陽(yáng)極觸點(diǎn)是鎳/金，具有 2μm 延伸，觸點(diǎn)纏繞在臺(tái)面?zhèn)缺谏稀?/p>

　　p-GaN 材料被蝕刻，留下 2μm 終端結(jié)構(gòu) （L_P）或 RESURF 結(jié)構(gòu)。 RESURF區(qū)域中p-GaN的厚度旨在平衡p-GaN中的正電荷與2DEG多通道中的負(fù)載流子。使用測(cè)試結(jié)構(gòu)上的電容電壓測(cè)量可確定為此所需的臨界厚度，最佳值在80-100nm范圍內(nèi)。

　　與使用電荷極化效應(yīng)來(lái)平衡電荷的“極化超級(jí)結(jié)”（PSJ）設(shè)備相比，RESURF 結(jié)構(gòu)在制造方面更實(shí)用，研究人員表示RESURF 多通道結(jié)構(gòu)顯示了對(duì)不平衡 PSJ 器件的有效設(shè)計(jì)，而理想的多通道 PSJ 器件可能很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。

　　RESURF二極管到陰極的完全蝕刻區(qū)域?yàn)?12μm（L_PC）。使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）進(jìn)行氮化硅（SiNx）鈍化。器件的1mA/mm電流密度開(kāi)啟電壓為0.6V。3V 開(kāi)/關(guān)電流比約為10⁷。與沒(méi)有端接的二極管相比，RESURF結(jié)構(gòu)的擊穿電壓高出約2倍，而具有p-GaN端接的二極管的擊穿電壓則高出約1.5倍。

　　就平均擊穿橫向電場(chǎng)而言，RESURF 器件的值在0.94-1MV/cm 范圍內(nèi)，而無(wú)端接器件的值為0.42-0.47MV/cm，有端接器件的值為0.59-0.64MV/cm。陽(yáng)極-陰極距離（L_AC）為 98μm的 RESURF設(shè)備顯示出 9.15kV 的擊穿電壓，而123μm設(shè)備在10kV 限制下沒(méi)有顯示退化。后一種器件在10kV 反向偏壓下的漏電流為 1.8x10^-5A/mm。該團(tuán)隊(duì)建議，較短漂移區(qū)器件的平均擊穿電場(chǎng)值表明擊穿電壓約為 11kV。

　　集成3kV反向偏置的電容-電壓測(cè)量結(jié)果顯示，RESURF 結(jié)構(gòu)的總電容電荷為 2.1nC/mm，而端接器件為 1.7nC/mm。額外電容的開(kāi)關(guān)損耗僅增加了5%，因?yàn)榇蟛糠蛛娙蓦姾稍诘头聪蚱珘合卤蝗コESURF 裝置中的電容能量損失計(jì)算為1.6μJ/mm。

　　模擬表明，RESURF 結(jié)構(gòu)的作用是使電場(chǎng)更均勻地分布在橫向漂移區(qū)域上，而不是在陽(yáng)極附近達(dá)到峰值/擁擠。在模擬中，123μm 端接器件在 10kV 反向偏壓下的峰值電場(chǎng)超過(guò) 5MV/cm， RESURF 結(jié)構(gòu)的峰值電場(chǎng)超過(guò) 3.5MV/cm。

　　研究人員評(píng)論說(shuō)，這是所有報(bào)道過(guò)的5kV+ SBD 最高值，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一維碳化硅單極理論極限。與 4 英寸 SiC 相比，4 英寸藍(lán)寶石上 GaN 晶圓的成本降低了約 2-3 倍。再加上更小的芯片尺寸，我們的GaN SBD 的材料成本預(yù)計(jì)將遠(yuǎn)低于同類(lèi) SiC SBD。橫向 GaN 器件的加工成本也有望低于 SiC。