Avancées dans les diodes PN GaN verticales : une revue complète

Résumé

En tant que matériau semi-conducteur à gap de bande large représentatif, le nitrure de gallium (GaN) a attiré une attention croissante en raison de ses propriétés matérielles supérieures (mobilité électronique élevée, vitesse de saturation électronique élevée, champ électrique critique). Les dispositifs GaN verticaux ont été étudiés, sont considérés comme l'un des candidats les plus prometteurs pour les applications en électronique de puissance, et se caractérisent par la capacité de haute tension, haut courant et haute tension de claquage. Parmi ces dispositifs, la diode à jonction PN GaN verticale (PND) a été considérablement étudiée et montre une grande progression de performance sur la base d'une haute qualité d'épitaxie et de conception de structure de dispositif. Cependant, la qualité d'épitaxie du dispositif nécessite une amélioration supplémentaire. En termes de performance électrique, l'effet d'amassement de champ électrique au bord du dispositif est un problème urgent, qui entraîne un claquage prématuré et limite l'exploitation des supériorités du matériau GaN, mais est actuellement atténué par la terminaison de bord. Cette revue met l'accent sur les avancées dans la croissance épitaxiale des matériaux et les techniques de terminaison de bord, suivies par l'exploration des développements actuels du GaN et des avantages potentiels sur le carbure de silicium (SiC) pour les matériaux et dispositifs, les différences entre les diodes Schottky GaN (SBD) et les PND quant aux mécanismes et caractéristiques, et les avantages des dispositifs verticaux par rapport à leurs homologues latéraux. Ensuite, la revue fournit une perspective et révèle la tendance de conception des diodes PN GaN verticales utilisées pour un système de puissance, y compris les diodes PN GaN verticales naissantes.

Introduction

La consommation énergétique mondiale augmente beaucoup plus rapidement qu'au cours des dernières décennies en raison de la croissance rapide de l'industrie et de l'économie. Par conséquent, des technologies avancées d'économie d'énergie sont nécessaires pour atténuer les problèmes de consommation énergétique croissante.

Les dispositifs à base de silicium sont actuellement le type dominant parmi les dispositifs de puissance. Parmi ces dispositifs, les structures de transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) jouent un rôle significatif et affichent une tendance croissante vers le remplacement du transistor de puissance bipolaire (BJT) et du transistor à effet de champ à oxyde métal-semiconducteur (MOSFET) depuis l'invention des IGBT en 1982. Actuellement, les IGBT sont des éléments essentiels des domaines de l'électronique de puissance pour la conversion et la transmission. Cependant, les dispositifs de puissance à base de silicium ont atteint leurs limites matérielles fondamentales à ce jour et sont largement utilisés dans les applications d'énergie électrique.

Compte tenu de ses propriétés exceptionnelles, le GaN est l'un des matériaux semi-conducteurs à gap de bande large (incluant SiC, GaN, Ga₂O₃ et diamant) capables de fabriquer des dispositifs de puissance avec une faible capacitance et résistance pour une tension de claquage spécifiée par rapport aux dispositifs à base de Si. Ainsi, des dispositifs à base de GaN avec faible consommation d'énergie, densités de puissance élevées et rendement de conversion élevé pour les systèmes d'électronique de puissance sont attendus.

Comme montré dans le tableau 1, le GaN a un figure de mérite de Baliga (BFOM) beaucoup plus élevé que le SiC (qui a été commercialisé), une caractéristique attribuée à sa vitesse de saturation électronique plus élevée et son champ électrique critique plus élevé. Cependant, le SiC a une meilleure conductivité thermique. En outre, le GaN possède une mobilité de porteurs µ plus élevée et une conductivité thermique plus élevée, et a atteint le dopage de type p et de type n par rapport au Ga₂O₃. Pendant ce temps, pour le semi-conducteur à gap de bande large ultime, le diamant, des progrès considérables doivent être réalisés pour atteindre le stade pratique. À ce jour, les dispositifs à base de GaN, par exemple les dispositifs à trois terminaux (transistors à effet de champ à hétérostructure (HFET) et MOSFET) et les dispositifs à deux terminaux (SBD et PND) sont devenus des sujets de recherche clés, et de grands progrès ont été réalisés dans leurs applications en redressement de puissance et conversion de puissance.

GaN versus SiC

De ses propriétés matérielles inhérentes, le GaN a des avantages légèrement supérieurs sur le SiC, incluant un gap d'énergie plus large, un champ électrique critique plus élevé, une vitesse de saturation électronique plus élevée, et un BFOM 3 à 4 fois meilleur pour les dispositifs de puissance. Ainsi, considérant ses caractéristiques exceptionnelles, les dispositifs à base de GaN devraient surpasser les homologues à base de SiC. En application pratique, les dispositifs GaN verticaux sont essentiels pour la haute densité de puissance et la haute fréquence de fonctionnement en raison de leurs excellentes propriétés matérielles.

En tant que semi-conducteurs à gap large les plus matures, les dispositifs SiC ont réalisé des avancées remarquables au cours de la dernière décennie et montrent une performance prometteuse en termes de haute tension, faible résistance spécifique à l'état passant, et vitesse de commutation rapide. Compte tenu de la base de recherche profonde depuis 1980 et des substrats SiC disponibles plus grands avec faible défaut (< 10⁴ cm⁻²), les SBDs et JFETs (transistors à effet de champ à jonction) SiC ont été les premiers dispositifs SiC commercialisés depuis 2001. D'autres dispositifs de puissance SiC incluant MOSFETs et BJTs ont été développés avec succès dans le domaine des applications haute tension et puissance et ont démontré une performance impressionnante.

En comparaison avec le SiC, les dispositifs GaN se sont développés très lentement. Leur qualité de matériau insatisfaisante empêche la réalisation de certaines de leurs propriétés théoriquement supérieures. Donné le manque de substrat GaN, la plupart des études sur les dispositifs GaN sont principalement basées sur la structure latérale (par exemple, hétérostructure AlGaN/GaN) à ce stade. Avec sa mobilité électronique plus élevée de 2000 cm²/V·s (gaz d'électrons bidimensionnel (2DEG) dans AlGaN/GaN), 1000 cm²/V·s (GaN massique) et vitesse de saturation plus élevée de 2,5 × 10⁷ cm/s par rapport aux homologues SiC, les dispositifs AlGaN/GaN sont préférés pour les applications haute fréquence et ont une faible puissance en watts par rapport aux dispositifs SiC. Dans les domaines haute fréquence, les SBDs AlGaN/GaN atteignent d'excellentes performances de transport électrique et sont plus adaptés pour les applications micro-ondes et ondes millimétriques au niveau du watt. Le SBD AlGaN/GaN est un dispositif représentatif pour les SBDs GaN. La haute mobilité du 2DEG signifie que les SBDs AlGaN/GaN démontrent d'énormes avantages de performance dans les applications haute fréquence par rapport aux SBDs verticaux et maintiennent également une faible tension de mise en conduction. Récemment, les SBDs AlGaN/GaN étaient la base d'un circuit redresseur 5,8 GHz avec une puissance d'entrée de 6,4 W et une tension de mise en conduction de 0,38 V avec une tension de claquage (BV) de 3000 V. La fréquence de coupure maximale est proche de 1 THz à 0 V avec une distance anode-cathode de 70 nm.

Pour les dispositifs de puissance à base de GaN, le substrat GaN (GaN massique) est idéal pour la croissance épitaxiale, ce qui pourrait utiliser la technologie d'homo-épitaxie pour éliminer le désaccord. La faible densité de dislocations du GaN massique est essentielle pour le substrat épitaxial car la haute densité de dislocations peut affecter les caractéristiques de performance telles que BV, courant de fuite inverse, volume de production et fiabilité. Les développements des dispositifs GaN verticaux ont été stimulés par les progrès du substrat GaN ces dernières années. Cependant, étant donné la technologie relativement immature pour le triode vertical, la diode GaN verticale est devenue un sujet de recherche brûlant à ce stade initial. Comparées aux SBDs AlGaN/GaN, les SBDs GaN verticaux ont des avantages similaires dans les domaines de fréquence tels que la haute vitesse de commutation avec un faible temps de récupération inverse et une faible perte de conduction ; néanmoins, ces derniers ont une densité de courant élevée et un chemin de fuite moindre que les premiers.

Certains problèmes sont survenus pour le substrat GaN. Premièrement, les substrats GaN sont actuellement disponibles avec des densités de dislocations de 10⁴–10⁶ cm⁻², mais ces densités sont encore beaucoup plus élevées que celles des substrats Si et SiC. Deuxièmement, par rapport à la taille de wafer 4–6 pouces et au coût raisonnable (10 euro/cm²) du SiC, la taille 2–3 pouces et le coût relativement élevé (100 euro/cm²) du substrat GaN inhibent la commercialisation et la productivité du GaN à grande échelle. En plus d'augmenter les fournisseurs, l'hétéro-épitaxie sur substrats étrangers (Si, saphir, ou SiC) est une voie alternative pour réduire le coût du substrat GaN, mais le défi du désaccord et des défauts relativement élevés doit être relevé.

En plus des problèmes susmentionnés dans les matériaux massiques, le défi pour la diode GaN est d'atteindre une haute qualité du matériau de type p. Par rapport aux techniques relativement avancées pour former le SiC de type p par implantation d'ions Al, la technologie immature d'implantation d'ions de type p et l'activation d'accepteur faible pour le GaN de type p sont des obstacles vitaux, qui limitent le développement de la structure et de la fabrication des dispositifs à base de GaN. Ainsi, différents types de structures de terminaison de bord sont proposés pour améliorer la performance de la diode GaN et constituent une partie clé de cette revue.

Dispositifs GaN verticaux sur substrat FS

Il y a 10 ans, la plupart des diodes GaN, incluant SBDs et PNDs, étaient fabriquées sur des substrats étrangers formant des structures de dispositifs latéraux ou quasi-verticaux en raison de l'indisponibilité d'un substrat GaN massique. Les diodes latérales ou quasi-verticales montrent d'excellentes caractéristiques électriques, mais elles souffrent toujours d'inconvénients inhérents à la structure du dispositif. Premièrement, le désaccord et les défauts sont inévitables. Ensuite, pour les dispositifs GaN sur substrats étrangers, une couche tampon est essentielle entre la couche de dérive GaN et le substrat étranger. Ainsi, la relaxation de contrainte de la couche tampon causerait un bombement de wafer, ce qui réduira l'épaisseur des couches d'épitaxie GaN. De plus, la grande résistance thermique de frontière (GaN avec substrat) a une influence sérieuse sur la performance du dispositif pour les dispositifs GaN fonctionnant à haute densité de puissance.

Selon le développement des techniques d'épitaxie, le substrat GaN autoportant (FS-GaN) avec faible densité de dislocations adopté pour les dispositifs GaN verticaux a fait de grands progrès. La qualité du matériau de l'homo-épitaxie GaN sur le substrat FS-GaN a une amélioration évidente et montre le potentiel pour les applications de puissance. Les dispositifs GaN verticaux pourraient atténuer les inconvénients des homologues latéraux GaN. Premièrement, des couches d'épitaxie GaN plus épaisses peuvent être cultivées sans aucune couche tampon, et des BV plus élevés (qui dépassent ceux des dispositifs GaN latéraux) peuvent être obtenus et déterminés par l'épaisseur de la couche de dérive. Parallèlement, un champ électrique maximal est situé à la partie interne des dispositifs et est loin de la surface du dispositif (éliminant l'effet de piégeage d'électrons qui se produit généralement dans les dispositifs latéraux). Donnée la haute qualité du substrat FS-GaN, les dispositifs GaN verticaux ont été étudiés depuis 2011. Depuis lors, des PNDs GaN verticaux avec haut BV et faible résistance à l'état passant ont été fabriqués et atteignent une performance remarquable.

PND versus SBD

Pour les applications pratiques, les diodes sont des composants essentiels pour la conversion et l'inversion de puissance. Avec les propriétés matérielles distinctes du GaN, les diodes à base de GaN (SBDs et PNDs) présentent des performances notables, qui sont attendues pour satisfaire les exigences des applications de puissance. Comme montré dans la figure 2, les PNDs ont la plus grande portée parmi les dispositifs GaN avec des structures variées et supportent des tensions de 600 à 5000 V, une caractéristique qui indique des scénarios d'application plus larges.

Comparées aux PNDs, qui n'ont pas de problème de stockage de porteurs minoritaires et une hauteur de barrière SBD plus faible, les SBDs GaN présentent une faible tension de mise en conduction (V_on) et une récupération inverse rapide, et ces caractéristiques indiquent que les mérites des SBD sont révélés dans les pertes de conduction/commutation faibles, le fonctionnement haute fréquence, mais une valeur BV plus faible que celle des PND ; de plus, notez qu'une haute tension de mise en conduction peut entraîner une haute perte de conduction et dégrader l'efficacité des circuits et systèmes.

Dans les domaines de haute puissance, les SBDs quasi-verticaux ou verticaux ont d'excellents avantages sur les SBDs AlGaN/GaN. De plus, une faible tension de mise en conduction (< 0,5 V) est atteinte en ajustant la hauteur de barrière avec un métal à faible fonction de travail. Cependant, une faible hauteur de barrière peut facilement mener à un fort courant de fuite inverse et abaisser le BV. Par conséquent, des structures de terminaison de bord variées sont proposées pour améliorer la performance. Grâce à l'assistance de technologies de terminaison de bord variées, la densité de courant élevée au niveau KA/cm² avec des BV supérieurs à 1 kV est confirmée. Parallèlement, les SBDs verticaux présentent également une grande capacité pour la haute fréquence, tels que 177–183 GHz et un maximum de 902 GHz de fréquence de coupure à 0 V, une caractéristique attendue pour les sources de puissance dans les systèmes de communication sans fil térahertz.

Par rapport au GaN de type n, le GaN de type p cultivé par dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD) et épitaxie par faisceau moléculaire (MBE) a été introduit en utilisant le Mg comme accepteur. Comparées aux SBDs GaN, les PNDs GaN ont de nombreux avantages, tels que une faible résistance spécifique à l'état passant (R_on·A) et une stabilité et capacité adéquates d'inhibition des courants de crête. Malgré la haute tension de mise en conduction (> 3 V) et la vitesse de commutation relativement faible, un courant de fuite ultra-faible en raison de la hauteur de barrière plus élevée et un BV élevé sont obtenus. Noter qu'un BV élevé de 0,6 à 5 kV est la performance la plus remarquable pour les PNDs à base de GaN. Ainsi, les PNDs à base de GaN ont un grand potentiel comme blocs de construction importants des systèmes de puissance de prochaine génération pour les applications de haute puissance, qui nécessitent haute efficacité et faible perte d'énergie. Similaires aux SBDs GaN verticaux, les terminaisons de bord pour les PNDs GaN sont également fabriquées pour atténuer l'amas de champ électrique autour de l'anode, une caractéristique qui sera décrite en détail plus loin dans cet article.

Dans les dispositifs de puissance, la jonction PN peut aussi être traitée comme une structure de jonction novatrice. Pour utiliser un BV élevé avec un faible courant de fuite inverse des PNDs, une haute performance de commutation et une faible tension de mise en conduction des SBDs en même temps, de nouvelles structures de dispositifs incluant la barrière de jonction Schottky (JBS) et le Schottky PN fusionné (MPS) génèrent une combinaison de SBD et PND par la formation de régions de grille de type p dans la région de contact Schottky. Les dispositifs JBS ou MPS possèdent les caractéristiques de conduction directe des SBDs et de blocage inverse des PNDs et sont attendus pour avoir une meilleure performance de commutation et une tension inverse plus élevée que les PNDs et SBDs conventionnels, respectivement.

Outre leur application de haute puissance, les PNDs GaN sont aussi adoptés pour les dispositifs optoélectroniques tels que les diodes électroluminescentes (LED), les photodétecteurs, et pour la détection de flamme en raison des faibles courants sombres de quelques pA dans les photodiodes à jonction PN GaN.

Objectif de cette revue

Sur la base des propriétés matérielles supérieures du GaN, les dispositifs à base de GaN ont été largement étudiés et utilisés dans les applications d'électronique de puissance comme l'un des matériaux semi-conducteurs les plus chauds. Parmi les dispositifs GaN, la PND GaN verticale a été considérablement explorée et montre un excellent BFOM. Les techniques de terminaison de bord sont aussi essentielles pour atténuer l'amas de champ électrique autour du pad d'anode.

Dans cette revue, les avancées dans la croissance d'épitaxie des matériaux et les techniques de terminaison de bord comme emphases principales sont suivies par l'illustration des développements actuels du GaN, les différences entre les SBDs et PNDs GaN en termes de mécanismes et caractéristiques, et les avantages des dispositifs verticaux sur les latéraux. Cette revue fournit une perspective et révèle la tendance de conception des PNDs GaN verticales utilisées pour un système de puissance, incluant les PNDs GaN verticales naissantes. Le développement de la croissance épitaxiale correspondant à une couche différente dans les PNDs GaN verticales est introduit dans la section 2. Les technologies de terminaison de bord sont explorées dans la section 3. Dans la section 4, les PNDs GaN verticales sur substrat Si sont démontrées comme une méthode alternative. Finalement, la conclusion et les perspectives de développement futur des PNDs GaN verticales sont fournies.

Croissance épitaxiale des matériaux

Substrat GaN des PNDs verticaux

En tant que processus épitaxial principal, les couches d'épitaxie de dispositifs verticaux sont actuellement principalement cultivées par MOCVD sur des substrats GaN conducteurs fabriqués par épitaxie en phase vapeur d'hydrure (HVPE). Dans cette structure, la qualité du substrat affecte directement la structure épitaxiale suivante. De nombreux mécanismes de défaillance dans le dispositif proviennent de la qualité d'épitaxie du substrat. Un substrat GaN conducteur de haute qualité doit être obtenu pour améliorer davantage les performances I-V directes et inverses, en particulier le courant de fuite inverse et la capacité BV.

Le substrat cultivé par HVPE a été considéré comme une méthode la plus commode pour la production de masse en raison de son coût relativement faible et de sa reproductibilité. Cependant, au stade initial, la technologie de croissance immature signifiait que le substrat GaN cultivé par HVPE avait une concentration de porteurs de fond élevée (> 10¹⁹ cm⁻³) et une qualité cristalline insatisfaisante. Par conséquent, le HVPE n'a pas été adopté pour cultiver la structure du dispositif. Par le développement rapide de la technologie de croissance épitaxiale, des matériaux GaN massiques de haute qualité par HVPE deviennent progressivement possibles. En plus du substrat, la couche épitaxiale partielle dans le dispositif peut maintenant être cultivée par HVPE et peut résulter en une plus grande uniformité de courant et l'élimination du macro-pas sur la surface GaN en combinant les processus d'épitaxie HVPE et MOCVD sans carbone par rapport aux dispositifs cultivés uniquement par MOCVD.

Actuellement, un substrat GaN commercial avec une densité de dislocations minimale de moins de 10⁴ cm⁻² est disponible. Les PNDs GaN verticaux sur substrat GaN à faible densité de défauts ont été traités. Cependant, le bombement de wafer reste un problème. En tant que solution prometteuse, la méthode ammonothermale peut atteindre un substrat GaN avec une meilleure qualité d'épitaxie. Avec les autoclaves haute pression et l'ammoniac supercritique, la dislocation de filetage peut être significativement réduite à 10⁴–10⁵ cm⁻². En utilisant la méthode ammonothermale, une faible résistance de 0,001 Ω·cm² dans le substrat GaN avec un dopage n-type haut (1 × 10¹⁹–1 × 10²⁰ cm⁻³) a été rapportée ainsi qu'un BV de 3 kV. Cependant, l'inconvénient de la méthode ammonothermale est le faible taux de croissance d'environ 80–90 µm/jour, une caractéristique défavorable pour la production pratique. Améliorer le taux de croissance et maintenir une haute qualité de matériau sont aussi des directions rentables pour la recherche ultérieure.

En plus du substrat GaN commercial, certains substrats ont aussi été étudiés pour des performances distinctives, incluant les substrats non plan Ga (plan c). Généralement, un substrat Ga-polaire (c.-à-d., plan c) est employé pour un dispositif GaN vertical. Ensuite, les couches d'homo-épitaxie suivantes montrent un effet de polarisation drastique. Cependant, dans la direction opposée des homologues Ga-polaires, les couches d'homo-épitaxie le long de la direction N-polaire démontrent des propriétés de dispositif uniques en raison de la température de décomposition plus élevée et de la propriété dépendante de la polarité. Avec le substrat FS-GaN mono-cristallin N-polaire, un champ électrique de 2,2 MV/cm sans aucune terminaison de bord a été atteint, ainsi qu'un BV de 2,4 kV avec traitement plasma N₂O et plaque de champ (FP). Comme un autre substrat GaN spécial, le plan m attire aussi une large attention étant donné sa propriété non-polaire pour laquelle le rapport Ga:N était 1:1 dans le plan m par rapport à seulement Ga dans les substrats c-polaires et seulement N dans les substrats N-polaires. Avec ce substrat GaN non-polaire, les caractéristiques des PNDs ont été rapportées avec un champ électrique critique de 2,0 MV/cm et un rapport marche/arrêt élevé sans FP ni terminaison de bord.

Techniques d'épitaxie N-GaN

Avant l'existence de substrats GaN conducteurs de haute qualité, les PNDs GaN étaient principalement fabriqués sur des substrats étrangers incluant Si, SiC et saphir. Par conséquent, la structure des dispositifs était toujours limitée aux structures latérales. Une méthode basée sur la structure latérale a été proposée pour améliorer la qualité épitaxiale. Donnée la faible dislocation de filetage (TD) sur la région de fenêtre aux dispositifs latéraux, la couche d'épitaxie GaN cultivée latéralement à travers le masque peut atteindre une densité de TD beaucoup plus faible. Ainsi, la surcroissance épitaxiale latérale a été effectuée pour cultiver la couche d'épitaxie GaN sur un substrat saphir pour les PNDs latéraux. Le courant de fuite inverse a été supprimé de trois ordres de grandeur.

Avec le développement de la technologie épitaxiale, des substrats GaN mono-cristallins de haute qualité avec des densités de dislocations de 3 × 10⁻⁶ cm⁻² sont devenus disponibles, et les PNDs GaN ont été fabriqués sur substrats GaN. Combinées avec les couches d'épitaxie supérieures cultivées par MOCVD, les dispositifs montrent un faible courant de fuite et un BV élevé de 600 V à 4 kV correspondant à une épaisseur de dérive de 6 à 40 µm. Par rapport au dispositif sur substrat saphir, le courant de fuite inverse et le BV se sont significativement améliorés.

Avec le substrat GaN natif, aucune couche tampon spéciale ne se produit généralement dans la structure épitaxiale des PNDs comme sur un substrat étranger. L'effet de la couche tampon dans les PNDs sur le substrat GaN a été étudié comme référence. L'existence d'une couche tampon signifie que la couche de dérive a une densité de défauts plus faible. Parallèlement, un BV plus élevé peut être obtenu avec une couche de dérive plus mince mais une couche tampon plus épaisse. Le courant de fuite inverse du dispositif a aussi été amélioré. Ces paramètres de dispositif présentent une forte relation avec l'épaisseur de la couche tampon, qui a un léger effet sur les caractéristiques directes du dispositif.

Les couches d'épitaxie supérieures sont déposées par MOCVD, épitaxie en phase vapeur organométallique (MOVPE) et MBE, comme discuté dans cette partie. La structure épitaxiale des PNDs inclut une couche n⁺-GaN hautement dopée et une couche de dérive n⁻-GaN entre le substrat et le p-GaN. La couche n⁺-GaN hautement dopée agit comme une couche de transition sur le substrat GaN conducteur dans certains rapports.

En général, le BV détermine les scénarios d'application des dispositifs. Par exemple, le BV plus élevé pour un dispositif SiC par rapport à celui avec GaN permet au dispositif SiC d'être utilisé dans les applications haute puissance et haute tension comme les véhicules électriques et les trains à grande vitesse. Similairement, les diodes PN sont habituellement appliquées dans des tensions plus élevées par rapport à la diode Schottky et aux HEMTs. Dans les PNDs, le BV est principalement supporté par la couche de dérive (couche n⁻-GaN légèrement dopée) avec l'élargissement de la région de déplétion (comme représenté dans l'équation 1 avec la tension appliquée V pour laquelle V est positif/négatif pour la polarisation directe/inverse lorsque le dispositif est sous polarisation inverse. De plus, le claquage se produit avec une augmentation supplémentaire de la polarisation inverse.

Selon la largeur de déplétion, les dispositifs peuvent être divisés en non-perçage [W_D > W_Dm (W_Dm : largeur de couche de déplétion maximale)] et perçage (W_D < W_Dm). Donnés les problèmes de structure d'épitaxie et de bord, la plupart des dispositifs GaN verticaux tombent sous le type perçage, c.-à-d., leurs régions de déplétion s'étendent au-delà de toute la couche n⁻-GaN et atteignent le substrat n⁺-GaN avant le claquage.

De plus, comme décrit dans l'équation (2), le BV peut être amélioré en augmentant l'épaisseur et en diminuant la concentration de dopage n-type de la couche de dérive. Heureusement, l'expérience indique qu'une couche de dérive avec une épaisseur plus grande et un dopage plus faible ne contribue qu'à une légère augmentation de la résistance à l'état passant en conduction directe.

Comparé à l'amélioration du BV en augmentant l'épaisseur de la couche de dérive, la diminution de la concentration de dopage n-type dans la couche n⁻-GaN est actuellement difficile, en raison des concentrations de fond élevées incluant celles de Si, O, etc. Pour une diminution supplémentaire du dopage dans la couche n⁻-GaN, la concentration de dopage non intentionnelle est étudiée. De nombreux groupes de recherche ont introduit un i-GaN nominal d'environ 10¹⁵–10¹⁶ cm⁻³ contactant le p-GaN pour former la structure p-i-n afin d'améliorer le BV des diodes.

Certainement, la précondition de ces mesures est une haute qualité d'épitaxie de la couche de dérive car les TDs peuvent augmenter la fuite à l'état bloqué et dégrader les propriétés de BV.

Pour améliorer davantage la qualité d'épitaxie de la couche de dérive dans les PNDs GaN verticaux, la croissance par MBE a été étudiée sur le substrat GaN. Un courant de fuite inférieur à 3 nA/cm² et un champ électrique de 3,1 MV/cm ont été obtenus par la densité de dislocations très faible. Les performances de claquage presque idéales indiquent que le MBE est une méthode efficace pour cultiver les couches d'épitaxie dans les PNDs GaN verticaux. Cependant, similaire à la croissance ammonothermale, le taux d'épitaxie est un autre inconvénient.

Épitaxie P-GaN

Le P-GaN, un composant important dans les PNDs GaN verticaux, a été rapporté en 1989 depuis l'apparition du GaN par HVPE en 1969. Il a été d'abord utilisé pour obtenir une LED bleue. Ensuite, le p-GaN a été progressivement employé dans le domaine des dispositifs électriques tels que les dispositifs normalement fermés et les PNDs. Dans les PNDs GaN verticaux, le p-GaN constitue un dopage léger (environ 10¹⁹ cm⁻³) et lourd (≥ 10²⁰ cm⁻³), qui correspondent à la formation d'une couche de jonction PN avec la couche de dérive et à la facilitation des contacts ohmiques comme électrode d'anode.

Généralement, la croissance épitaxiale d'un p-GaN est fabriquée par MOCVD à une température d'environ 1000 °C et adopte le Mg²⁺ comme accepteur. Ensuite, la couche p-GaN cultivée doit être activée à des températures élevées de 700–800 °C en ambiant N₂ ou 400 °C en ambiant O₂, facilitant ainsi une concentration de trous relativement élevée. Cependant, l'énergie d'ionisation élevée de 150–200 meV de la liaison Mg-H signifie un taux d'activation de p-GaN de seulement 1–3 %. Un faible taux d'activation est aussi lié à la température. Les dopants Mg peuvent être re-passivés à des températures élevées de ≥ 600 °C en ambiant NH₃ ou hydrogène. Pour améliorer la concentration de trous, augmenter uniquement la concentration de dopage n'est pas réalisable car une concentration de dopage plus élevée dans le p-GaN pourrait entraîner une détérioration de la qualité cristalline de la couche et réduire la densité de trous par un effet d'auto-compensation. Actuellement, un pic de densité de trous peut généralement être atteint à une concentration d'accepteur d'environ 3 × 10¹⁹ cm⁻³. Bien qu'il y ait des problèmes pour le p-GaN, les rapports d'investigation connexes ne sont pas nombreux. Cela peut être attribué à deux raisons. L'une est les limitations des propriétés intrinsèques du matériau et de l'équipement épitaxial. L'autre est que le p-GaN actuel peut aussi obtenir une performance de dispositif comparative.

Cependant, l'optimisation des conditions de croissance et les nouveaux processus épitaxiaux sont encore en cours d'investigation. Par exemple, en 2017, le p-GaN régénéré non activé par MBE a été proposé et a un avantage sur le MOCVD. Avec l'environnement de croissance à faible hydrogène, un BV de 1,1 kV et un facteur d'idéalité de 2,5 ont été atteints par les PNDs GaN verticaux fabriqués. Une autre méthode de fabrication de p-GaN intéressante est l'implantation d'ions Mg avec un processus de recuit ultra-haute pression (UHPA). Les résultats révèlent qu'un taux d'activation élevé de 70 % et une mobilité de trous de 24,1 cm²/V·s ont été atteints avec un recuit post-implantation à une température de 1573–1753 K sous une pression de N₂ de 1 GPa. Ce résultat est comparable à celui de la croissance épitaxiale par MOCVD.

En conclusion, pour le substrat, le substrat GaN commercial à faible défaut est maintenant disponible. Pendant ce temps, la technologie épitaxiale est encore en développement, une situation qui affecte fortement les performances des dispositifs. En comparaison avec le MOCVD, le MBE peut atteindre une excellente qualité d'épitaxie, résultant ainsi en une grande performance de dispositif sans aucune terminaison de bord. Cependant, son taux de croissance lent et son coût élevé rendent le MBE inadapté à la productivité à grande échelle. La croissance d'épitaxie par MOCVD est encore la principale méthode productive en pratique. Ainsi, améliorer la qualité des couches d'épitaxie cultivées par MOCVD est un problème urgent, qui prendrait un temps considérable. Par conséquent, des conceptions de structure de dispositif avancées ou des mesures sont proposées pour une grande performance à ce stade.

Techniques de terminaison de bord

Pour des PNDs GaN verticaux, le BV est un paramètre important. Presque toutes les investigations sur les PNDs GaN verticaux sont centrées sur l'amélioration de la tension de tenue à l'inverse (c.-à-d., BV). Cependant, en raison de l'amas de champ électrique au bord de la jonction PN, du bord de la couche de déplétion, ou du bord de l'électrode, un claquage prématuré se produit souvent. Par conséquent, pour réduire l'amas de champ électrique du dispositif, des conceptions de structure de dispositif avancées (c.-à-d., techniques de terminaison de bord) sont développées. Des techniques de terminaison de bord variées ont maintenant été adoptées pour relâcher l'amas de champ électrique au bord des PNDs GaN pour un BV plus élevé. Ces techniques incluent principalement la plaque de champ (FP), l'implantation ionique et le traitement plasma, et la gravure de mesa à angle ou marches variés et les anneaux de garde (GR).

Plaques de champ métalliques

La FP a été largement utilisée dans les dispositifs à base de GaN pour transférer le champ électrique de pointe loin du bord de la grille, de l'anode, ou de la jonction. Cette méthode a une caractéristique identique pour relâcher l'intensité du champ électrique au bord de la PN sous polarisation inverse. De plus, le faible courant de fuite et la haute tension de claquage sous tension inverse peuvent être atteints en utilisant la terminaison FP, qui a un processus de fabrication relativement simple.

Les mérites de la structure FP incluent un processus de fabrication simple et la compatibilité avec le processus de dispositif. Simultanément, la couche diélectrique de la FP est aussi la couche de passivation du dispositif. En tant que terminaison de bord la plus ancienne et la plus largement utilisée pour les PNDs GaN verticaux, la terminaison FP non étendue a été initialement utilisée. Pour fabriquer la structure FP, des structures de mesa ont été traitées par gravure sèche à plasma couplé inductivement (ICP). Ensuite, pour supprimer les courants de fuite parasites dus aux dommages du plasma, un film diélectrique de passivation a été déposé sur toute l'électrode d'anode et toute la structure de mesa.

Pour relâcher davantage l'amas de champ électrique à la périphérie du bord de la jonction PN, le métal étendu de la FP a été utilisé pour couvrir toute la mesa afin de réduire le courant de fuite inverse et d'augmenter le BV. Cette structure FP optimisée est maintenant largement employée dans les fabrications de PNDs GaN verticaux. Le BV a été élevé au-dessus de 3 kV avec une structure FP étendue. Parallèlement, le courant de fuite inverse a aussi été supprimé à un niveau très bas à une tension inverse de 3 kV.

En tant que composant essentiel de la structure FP, la couche de passivation a un impact considérable sur les caractéristiques du dispositif. Ainsi, une couche de passivation appropriée est essentielle. Une couche de passivation à haute permittivité k est proposée par simulation, et un flux de courant inverse uniforme peut aussi être obtenu. Selon cette théorie, des PNDs GaN verticaux avec terminaison FP utilisant Ga₂O₃ (permittivité diélectrique de 10) comme film de passivation ont été rapportés. Le BV a eu une grande amélioration de 200 à 550 V, révélant ainsi qu'un film à haute permittivité k tel que Ga₂O₃ est prometteur comme film de passivation de terminaison FP dans les PNDs GaN verticaux pour améliorer les caractéristiques du dispositif. Cependant, certains désavantages surviennent pour la terminaison FP. Le problème principal est le défaut pendant le dépôt de la couche diélectrique et l'interface entre le diélectrique et le GaN, qui résultent en un piégeage de porteurs. Cela mènerait à l'instabilité de la performance du dispositif lors d'une utilisation à long terme. Par conséquent, le processus de dépôt optimisé de la couche diélectrique doit être étudié.

Terminaison par mesa

La gravure de mesa est une étape indispensable pour isoler les dispositifs adjacents dans la fabrication de dispositifs GaN planaires. Donné le processus simple, cette structure est populaire pour les processus de PNDs GaN verticaux. En plus d'un champ électrique uniforme au bord de la jonction PN, un BV élevé avec des caractéristiques non destructives et d'avalanche peut être atteint dans les PNDs. Par exemple, une structure de mesa simple mais profonde peut obtenir une grande performance. Avec plus de 10 µm de profondeur de structure de mesa dans les PNDs verticaux, des caractéristiques de BV non destructif et d'avalanche ont été confirmées.

Les structures de mesa nouvelles sont étudiées. Une structure multi-mesa (deux-mesa) a été adoptée dans les PNDs verticaux. Par rapport à la structure de mesa simple commune, la structure deux-mesa peut déplacer le champ électrique de pointe du bord de la jonction PN vers le dessous du p-GaN aminci dans la mesa supérieure en raison de la déplétion totale des trous dans la couche p-GaN amincie. Un BV élevé de 4,7–4,8 kV avec caractéristique non destructive a été atteint avec succès par la structure deux-mesa. La capacité d'avalanche a été obtenue sans abaisser les caractéristiques I-V directes. D'autre part, la structure deux-mesa a la fonction identique pour les PINDs quasi-verticaux. Le BV a été amélioré de 665 à 835 V avec un faible courant de fuite simultanément.

En plus de la structure de mesa perpendiculaire commune, une structure de mesa avec biseau négatif a été récemment proposée pour atténuer l'amas de champ électrique au bord de la jonction PN. Avec la mesa à biseau négatif, le champ électrique au bord a une tendance décroissante lorsque l'angle de biseau θ est abaissé de 90°. Le champ électrique de pointe serait transféré à l'intérieur du dispositif. L'investigation expérimentale a montré que la structure de mesa biseautée pouvait induire un BV plus élevé au-dessus de 3 kV et un faible courant de fuite par rapport au BV de 3 kV dans les PNDs avec mesa abrupte en utilisant la même structure FP. Une investigation supplémentaire a été réalisée par simulation en utilisant la conception assistée par ordinateur (TCAD). Dans les PNDs GaN verticaux avec mesa biseautée, le champ électrique maximal était déterminé par la concentration d'accepteur N_A dans le p-GaN, la concentration de donneur N_D dans la couche de dérive n⁻-GaN, et θ de la mesa biseautée. Par analyse théorique et simulation, le θ plus petit pourrait mener à un E_pp (champ de claquage plan parallèle) plus élevé. En même temps, un p-GaN légèrement dopé est bénéfique pour atteindre un BV élevé pour un θ fixé de la mesa biseautée. Prenant θ = 10° comme exemple, les résultats expérimentaux soutiennent ces conclusions. Un champ de claquage plan parallèle de 2,86 MV/cm a été atteint, et ce résultat est cohérent avec la simulation.

Similaire à la terminaison FP, la gravure sèche et/ou l'isolant (ou film de passivation) est requis dans le processus de terminaison de bord. Ainsi, les dommages de la gravure sèche doivent être considérés et peuvent causer un fort courant de fuite inverse, même le claquage prématuré. En même temps, c'est une forte demande pour l'équipement de gravure pour la précision de gravure, et la profondeur de gravure est difficile à contrôler. Parallèlement, l'existence de dommages génère un état d'interface plus compliqué entre l'isolant et le semi-conducteur gravé, une situation qui affecterait la fiabilité du dispositif. Par conséquent, réduire ou atténuer les dommages est un problème inévitable. Maintenant, certaines recettes (par exemple, l'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH) et le recuit postérieur qui ont les caractéristiques d'éliminer les dommages par gravure humide et de réparer les dommages de gravure sèche, respectivement) ont été adoptées pour traiter la surface gravée afin d'améliorer la performance.

Traitement ionique

L'implantation ionique a été employée pour atténuer la concentration de champ électrique près du bord. En tant que structure de terminaison relativement simple, une technique basée sur l'implantation a été étudiée dans les dispositifs GaN, qui inclut les espèces compensatrices (par exemple, O, H, et Zn) ou espèces inertes (par exemple, Ar, N, He, et Kr) pour créer des pièges de niveau profond dans les régions de terminaison. Récemment, pour modérer la survenue de claquage prématuré dans les PNDs GaN verticaux, la terminaison par implantation ionique (par exemple, N, F, Mg, et H) est aussi utilisée. Cependant, les mécanismes de ces terminaisons par implantation ionique sont différents.

Par rapport aux SBDs GaN verticaux, l'implantation de N dans les PNDs GaN verticaux révèle un mécanisme différent, qui implique la création de défauts donneurs (lacune N et interstitiel N) pour compenser les dopants de type p. Après traitement par implantation de N, la conductivité du p-GaN peut être réduite ou éliminée (isolante) par l'implantation de N. Pour améliorer davantage le BV, une couche non entièrement compensée a été proposée, c'est-à-dire une couche entièrement compensée couplée avec une couche partiellement compensée dans le p-GaN. Ainsi, un BV plus élevé était attendu, et le mécanisme a été analysé par simulation. Les résultats expérimentaux montrent que l'implantation de N avec p⁺-GaN partiellement compensé pouvait induire un BV de 1,68 kV sans compromettre les caractéristiques directes.

La terminaison de bord par plasma d'hydrogène (H-plasma) peut aussi réduire la conductivité du p-GaN, mais avec un autre mécanisme. Le traitement H-plasma est une méthode de passivation efficace pour transformer le p-GaN conducteur en un hautement résistif en raison de la forte liaison Mg-H dans le p-GaN. En contraste avec l'implantation de N, le traitement H-plasma est plus approprié pour l'utilisation dans les PNDs GaN verticaux en raison du faible dommage, de la basse température, et de l'opération simple impliquée. Les PNDs ont exhibé un champ électrique de 3,0 MV/cm avec juste le traitement H-plasma. Simultanément, les dispositifs ont montré des caractéristiques I-V directes comparables et un courant de fuite inverse plus bas.

En même temps, l'ion fluor (F) a aussi la capacité de moduler le champ électrique de pointe en raison des charges fixes négatives lorsque le dispositif est sous une polarisation inverse. Néanmoins, si la terminaison de bord par implantation de F est réalisée dans les PINDs GaN verticaux, une conception stricte et une optimisation structurelle sont nécessaires.

En plus des implantations d'ions N, H, et F comme terminaisons de bord, l'implantation d'ions Mg est aussi une méthode alternative pour convertir l'état de surface/interface, qui provient des dommages de la gravure sèche ICP. Une nouvelle implantation d'ions Mg couplée avec mesa moat a été récemment adoptée pour compenser les dommages donneurs pour les PNDs GaN verticaux. Ensuite, un BV de 1,5 kV a été atteint avec une résistance spécifique à l'état passant R_on de 0,7 mΩ·cm².

La terminaison par implantation ionique est une méthode efficace pour un BV élevé dans les PNDs GaN verticaux. Le processus d'implantation ionique est aussi relativement simple. Cependant, des dommages cristallins se produisent pendant l'implantation ionique à haute énergie. De plus, un recuit postérieur à haute température est requis dans certaines des terminaisons par implantation ionique pour atténuer les dommages cristallins. Le profil d'implantation de forme rectangulaire est poursuivi, donc la profondeur d'implantation doit être contrôlée exactement. Finalement, bien que le processus d'implantation ionique soit simple, l'équipement nécessaire est coûteux en raison de l'utilisation d'ions à haute énergie.

Anneaux de garde

L'utilisation d'anneaux de garde (GR) flottants comme terminaison de bord pour améliorer le BV est une méthode efficace pour les PNDs GaN verticaux, pour laquelle la tension inverse a une chute de tension sur le GR pour relâcher l'amas de champ électrique. En même temps, le processus de fabrication des GR ne nécessite pas d'étape spécialisée, qui est synchrone avec le dépôt du métal d'anode. Pour un BV plus élevé, un GR dans la structure FP a été fabriqué dans les PNDs, dans lequel du polyimide a été placé entre le GR et la partie anode comme dispositif résistif pour une chute de tension supplémentaire. En raison de la partie résistive, une augmentation de 0,2–0,4 kV du BV jusqu'à un maximum de 5,0 kV a été obtenue. Comparé aux PNDs normaux sans structure GR, le dispositif avec un GR résistif a exhibé des caractéristiques I-V directes similaires avec R_on de 1,25 mΩ·cm², mais un courant de fuite inverse plus bas avec BFOM de 20 GW/cm².

En plus du GR flottant, la structure GR basée sur plasma H a aussi été appliquée pour former la terminaison de bord. En plus du faible dommage, la faible diffusivité du plasma H pourrait résulter en un profil relativement idéal dans le GaN. En raison de l'effet de passivation du plasma H sur le p-GaN, le p-GaN conducteur devient hautement résistif, et la structure GR a été ensuite formée par l'anneau de p-GaN hautement résistif. La largeur étroite de GR de 1–2 µm et l'espacement décroissant ont été utilisés pour améliorer le BV. Les structures GR avec anneaux variés ont été mesurées. Les PNDs avec anneaux variés ont des caractéristiques directes similaires avec environ 0,65 mΩ·cm² et un facteur d'idéalité de 1,65 par rapport à ceux sans GR. Plus de GRs pourraient relâcher davantage le champ électrique au bord du dispositif. Ainsi, les dispositifs ont exhibé un BV plus élevé en augmentant le nombre d'anneaux après mesure. Par conséquent, les PNDs ont montré un BV de 1,7 kV avec le champ électrique le plus élevé de 3,43 MV/cm avec 10 GRs.

Le désavantage du GR est son faible taux d'utilisation de surface, et la structure GR nécessite généralement une grande surface, qui est même plus grande que l'anode. Ensuite, la quantité de GR augmente la difficulté de conception telle que la largeur et l'espacement du GR. Actuellement, deux et plus types de terminaison de bord sont adoptés dans un seul PND GaN vertical pour un BV plus élevé. Ces terminaisons de bord incluent typiquement la FP, la mesa biseautée, et les anneaux de garde en raison des fabrications relativement simples. D'autre part, ces terminaisons de bord ne sont pas censées introduire d'élément étranger dans le cristal GaN par rapport au traitement ionique, une caractéristique bénéfique pour la performance du dispositif. Cependant, la qualité des couches d'épitaxie occupe encore une proportion considérable.

PNDs GaN verticaux sur substrat Si

À ce jour, bien que les dispositifs GaN-sur-GaN verticaux exhibent une excellente performance, le coût élevé et le petit diamètre des substrats GaN entravent encore leurs applications de marché à grande échelle. Considérant le mérite d'une grande échelle et d'un faible coût du substrat Si, les dispositifs GaN-sur-Si ont attiré une attention considérable à ce stade.

Pour le PND quasi-vertical sur substrat Si, une couche tampon de haute qualité est essentielle. En optimisant la couche de nucléation AlN et le processus de croissance successif, une couche de dérive GaN avec une densité de dislocation de filetage faible de 2,95 × 10⁸ cm⁻² et une mobilité électronique élevée de 720 cm²/V·s a été obtenue. Avec la structure FP, le dispositif a un BV de 820 V avec R_on de 0,33 mΩ·cm².

En plus du défi du désaccord de matériaux, la couche tampon conductrice et le substrat Si sont fondamentaux pour les PNDs entièrement verticaux sur substrat Si. Un substrat Si de type n⁺ a été d'abord utilisé comme cathode des PNDs verticaux. Ensuite, la couche AlN mince dopée Si et la couche de super-réseau tendu GaN/AlN ont été employées pour faciliter la performance du dispositif. Les PNDs verticaux sur substrat Si sont proposés avec FP, et un BV de 288 V est confirmé avec une couche de dérive de 1,5 µm. De plus, un BV plus élevé de 720 V dans les PNDs sur Si avec une couche de dérive de 5,7 µm est rapporté. Contrairement à la méthode du substrat Si conducteur, la cathode ohmique au dos a été réalisée par une tranchée, qui atteint la couche n⁺-GaN par l'élimination sélective du substrat Si régulier et de la couche tampon.

En plus du substrat Si conducteur et du contact ohmique par tranchée au dos, la technologie de retrait de substrat est une méthode alternative pour produire des PNDs GaN verticaux sur substrats Si. Une technologie de transfert de couche est utilisée pour traiter les PINDs verticaux sur substrat Si. Après retrait du substrat Si, transfert, électrode n, et passivation de paroi latérale, les dispositifs exhibent un faible R_on de 3,3 mΩ·cm² et un BV de 350 V. La valeur BFOM élevée de 37,0 MV/cm² dans les PINDs démontre que la technologie de retrait de substrat est une voie efficace pour la fabrication de PINDs à base de GaN sur substrats Si. Par rapport aux autres technologies, cependant, le processus de fabrication plus compliqué et le coût de production plus élevé sont des problèmes qui doivent être adressés pendant la partie de retrait de substrat.

En tant que voie technique alternative, les PNDs sur substrats Si sont fabriqués avec des structures de dispositifs quasi-verticaux ou verticaux. Pour atténuer le désaccord de matériaux substantiel entre le substrat Si et les empilements d'épitaxie GaN, une technologie d'épitaxie plus efficace doit être étudiée. Pour un BV plus élevé, une couche de dérive plus épaisse est aussi essentielle pour un BV plus élevé. Ce fait présente un autre problème clé à étudier car l'épaisseur de la couche de dérive sur substrat Si est d'environ 5 µm.

Défis futurs et conclusion

Les PNDs verticaux sont essentiels pour obtenir simultanément un courant élevé (> 100 A) avec des tensions élevées (> 600 V), ce qui peut répondre aux exigences de plusieurs applications incluant les véhicules électriques et le traitement d'énergie recyclée. Malgré les grands progrès réalisés, les applications des PNDs GaN verticaux restent plusieurs barrières telles que le coût et les limitations techniques.

Pour le substrat FS-GaN, une haute qualité d'épitaxie avec faible dislocation de filetage a été atteinte par un MOCVD commun. La petite taille et le coût élevé du substrat FS-GaN confinent les applications des PNDs GaN verticaux dans une gamme étroite, et la petite taille augmente aussi le prix du GaN. Le substrat GaN commercial n'est que de 2 pouces et est beaucoup plus petit que les substrats SiC de 4–6 pouces et Si de 8–12 pouces. Le défi principal pour les PNDs GaN verticaux est d'atteindre une haute qualité d'épitaxie, en particulier la haute qualité de la couche p-GaN avec une haute concentration de trous. Récemment, de nouveaux PNDs sont proposés en remplaçant le p-GaN par NiO_x synthétisé par oxydation thermique ou pulvérisation ; une grande performance est aussi démontrée comme remplacement du p-GaN dans les PNDs verticaux et l'anneau de garde dans les SBDs GaN.

Les PNDs GaN verticaux, comme l'un des dispositifs de puissance les plus prometteurs, sont revus et résumés dans cette étude. Les progrès récents sur les PNDs GaN verticaux, incluant la comparaison de différents matériaux (SiC vs GaN) et différentes structures de dispositifs (SBD vs PND), la croissance d'épitaxie des matériaux et les techniques de terminaison de bord (FP, MESA, terminaisons de bord par implantation ionique et GR), sont discutés. Les valeurs de R_on versus BV par technologies variées sont tracées dans la figure 11. En plus des technologies d'épitaxie, les technologies de terminaison de bord jouent un rôle clé pour les PNDs GaN verticaux pour atteindre une haute performance de dispositif à ce stade. Malgré ses grands progrès en termes de performance de dispositif, les avantages des PNDs GaN verticaux restent sous-exploités. Les caractéristiques des PNDs GaN verticaux pourraient être promues en optimisant la structure du dispositif et la qualité d'épitaxie dans les études ultérieures. Alors, les PNDs GaN verticaux commercialisés seront bientôt disponibles dans le futur avec des techniques de terminaison de bord et d'épitaxie matures.