Si衬底GaN基功率开关器件的发展状况

在电力电子控制系统中，为了保证系统失效安全，器件必须具备常关型的工作特性。通常对于Si衬底上GaN基功率开关器件，主流技术是利用Al-GaN/GaN异质结构界面处高浓度、高迁移率的 2DEG工作，使器件具有导通电阻小、开关速度快的优点。然而，这种AlGaN/GaNHFET即使在外加栅压为0的情况下，其器件也处于开启状态。如何实现高性能的常关型操作是GaN功率开关器件面临 的一个重要挑战。

实现常关型工作特性的一般思路是保留接入区高导通的2DEG，同时耗尽或截断栅极下方的2DEG，以实现器件零偏压下关断。目前业界最普遍采用的常关型GaN器件的结构有3种：（1） 结型栅结构（p型栅），（2） 共源共栅级联结构（Cascode），（3）绝缘栅结构（MOSFET）， 如图表3所示。

（a） p型栅结构

（b） Cascode共源共栅连接结构

（c） 绝缘栅结构

图表3 GaN常关型器件结构示意

目前，p型栅结构方案是利用栅极下方的p型（Al）GaN层抬高沟道处的势垒，从而耗尽沟道中的2DEG来实现常关，该结构的制备工艺难度较大，而Cascode 级联结构的常关型器件方案只是暂时的解决方案。绝缘栅结构使用最普遍的就是凹槽栅结构，通过凹槽切断栅极下方的2DEG，使得器件在零栅压下为关断状态。当正栅压增至大于阅值电压时，将在栅界面处形成电子积累层以作为器件的导电沟道，器件呈导通状态，属于“真”常关器件，因此被称为增强型GaN FET。