【国际论文】高击穿电压垂直Ga₂O₃/4H-SiC肖特基整流器中氧空位及反向漏电抑制的研究

        由韩国光云大学的研究团队在本次 ISPSD 2025 学术会议上发表了一篇名为 Investigation of Oxygen Vacancies and Reverse Leakage Suppression in High-Breakdown Vertical Ga₂O₃/4H-SiC Schottky Rectifiers（高击穿电压垂直 Ga₂O₃/4H-SiC 肖特基整流器中氧空位及反向漏电抑制的研究）的文章。

        β相氧化镓（β-Ga₂O₃）是制造下一代高压功率器件的理想材料，但其固有的低热导率是其走向实际应用的主要难题，会导致严重的自热效应。将 Ga₂O₃ 薄膜与高热导率的碳化硅（4H-SiC）衬底集成，是解决 Ga₂O₃ 器件散热问题的有效途径。垂直结构的肖特基整流器是功率电子系统中的基本元件。在 Ga₂O₃ 材料中，本征缺陷，特别是氧空位，对器件性能有显著影响。氧空位不仅可能作为浅施主增加背景载流子浓度，还可能形成深能级陷阱，介导漏电过程，从而增加器件的反向漏电流，降低其阻断能力和可靠性。因此，深入研究和有效抑制 Ga₂O₃/4H-SiC 异质结构器件中的氧空位及其负面影响，对于实现高性能、高可靠性的功率器件至关重要。

        本研究探讨了氧空位（V_O）对 Ga₂O₃/SiC 肖特基势垒二极管（SBD）反向漏电流特性及击穿电压（BV）的影响。通过深能级瞬态光谱（DLTS）及反向漏电流分析证实，氧空位是关键限制因素，显著降低了 Ga₂O₃ 基功率器件的阻断能力并增大了漏电流。为缓解这些不利影响，实施了高温氧退火（900℃），有效抑制了氧空位的形成。结果，在高电压条件下，主导的漏电流机制从肖特基发射（SE）转变为变程跃迁（VRH），从而实现了制备击穿电压超过 3000 V 的高性能 Ga₂O₃/SiC SBDs。本研究不仅为缺陷工程策略提供了宝贵见解，还为优化超宽带隙（UWBG）功率器件奠定了坚实基础，为下一代高效率功率开关应用铺平了道路。

图1. (a) Ga₂O₃/SiC 结型二极管的示意性横截面图。 (b) 通过电容-电压法计算的载流子浓度与耗尽层宽度关系曲线，适用于未退火、N₂ 退火和 O₂ 退火样品。

图2. (a) 未退火、N₂ 退火和 O₂ 退火的 Ga₂O₃/SiC 结型二极管（SBD）的正向电压-电流特性曲线（线性刻度）。(b) 三种类型 SBD 的反向击穿电压（BV）。