微波二极管是整流、限幅、检波、开关等微波电路的核心器件。大功率微波二极管是当前微波传能接收端整流、抗大功率微波损伤限幅器等急需的核心器件。宽禁带半导体GaN在微波大功率方面具有得天独厚的优势，然而宽禁带带来的高开启电压、高位错密度带来的漏电大可靠性差等关键难题一直是制约GaN微波二极管发展的核心技术瓶颈，也是该器件发展公认的国际难题。

为此，西安电子科技大学郝跃院士团队提出了一种低功函数金属凹槽结构复合阳极的GaN肖特基二极管。一方面，基于凹槽侧壁GaN非极性面低表面势垒、凹槽侧壁GaN异质结界面低势垒、低功函数金属等物理特性的综合运用，实现了极低开启电压的GaN肖特基二极管；另一方面，由于该新型凹槽阳极结构器件的肖特基接触面与位错方向平行，避免了位错对肖特基接触特性的影响，实现了高可靠、低漏电、高一致性的GaN肖特基二极管特性。采用慢速低损伤刻蚀结合高温退火后处理，形成了深度30 nm、侧壁光滑的凹槽结构，并结合磁控溅射W金属阳极，实现了极低开启GaN SBD，开启电压降低至0.38 V，理想因子达到1.03，亚阈值摆幅达62 mV/dec，阴阳极间距4 μm下击穿电压大于200 V@IR=3 μA/mm，正向饱和电流达800 mA/mm。基于该器件实现了5.8 GHz大功率微波整流电路，单管微波整流功率达到6 W，整流峰值效率高于70%，单管电路功率为Si、GaAs SBDs的50-100 倍，代表了微波大功率SBD和整流电路的国际最高水平。团队在一年左右时间内实现了从器件原型提出、关键技术突破到高可靠实用器件的快速产品化，成为国际首款GaN微波二极管产品（XTF245），填补了大功率微波SBD领域的空白，实现产品应用超过10万只，满足了国家重大战略需求。

图1.（a）GaN SBD正向导通图，（b）在5.8 GHz频率下Si、GaAs、GaN SBDs所能提供的效率和功率对比，（c）XTF245 GaN SBD产品图。表1：Si、GaAs、GaN SBDs产品参数对比。

相关研究成果发表于2020年3月的《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》（ Vol. 35, no. 3, pp. 2247-2252, March 2020），党魁为第一作者，张进成教授、周弘教授为共同通讯作者。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/8821304