【国内新闻】氧化镓功率器件和DUV光电器件合集（1）

01 氧化镓各向异性光电特性

        β-氧化镓（β-Ga₂O₃）因具有超宽的禁带宽度（Eg = 4.9 eV）而被认为是继GaN和SiC之后的“第四代半导体”材料。β-Ga₂O₃目前已被广泛应用于日盲紫外探测器中，包括PN型、PIN型、Schottky型和光电导型多种器件结构。目前已报道的光响应度高达4000 A/W，响应时间低至12 ns。并且，β-Ga₂O₃的击穿场强高达8 MV/cm，Baliga优值达到3400，也是制备高压电子器件的理想材料。垂直结构的Schottky二极管已具有超过3000 V的高击穿电压，带有场板结构的β-Ga₂O₃ MOSFET达到了8.03 kV的超高击穿电压。除此之外，β-Ga₂O₃属于单斜晶系（空间群C2/m），具有较低的晶格对称性，因此在光学、光电、电输运、机械，导热和化学蚀刻等方面都具有丰富的各向异性特性，深入理解β-Ga₂O₃的各向异性性能对于可靠制备高性能器件具有十分重要的意义。

        近日，山东理工大学张永晖课题组综述报道了β-Ga₂O₃各向异性光学和电学性能。β-Ga₂O₃各向异性性质根源于其低对称的晶格结构，作者首先详细论述了β-Ga₂O₃晶胞内Ga/O原子的不同占位，Ga_IO₄四面体和Ga_IIO6八面体两条原子链，这是β-Ga₂O₃可以如二维材料一样被机械剥离的根本原因。然后，文章着重讨论了包括光学带隙，拉曼光谱，发光光谱在内的各向异性光学特性。介绍了偏振拉曼光谱的测试技术，结合β-Ga₂O₃的拉曼张量计算了三种不同模式下拉曼光谱的强度分布函数。最后，重点综述了日盲紫外偏振光探测器的相关研究进展，指出了三种偏振光探测器的工作机制并进行了理论分析。

        β-Ga₂O₃各向异性特性丰富，深入理解并利用β-Ga₂O₃的各向异性性质，对于深度开发β-Ga₂O₃的器件应用具有重要意义。

        该文章以题为“Anisotropic optical and electric properties of β-gallium oxide”发表在Journal of Semiconductors上。

02 表面位错在W/β-Ga₂O₃肖特基二极管中的隧道效应

        本文分析了不同温度下，通过局域磁场溅射法制备的W/β-Ga₂O₃肖特基二极管。首先，研究发现，随着温度从100 K升高到300 K，肖特基势垒高度逐渐升高，室温时达到1.03 eV。而理想因子随温度的升高而降低，但在100 K温度下仍然高于2。明显偏高的理想因子数值与隧道效应相关。其次，串联电阻和导通电阻随温度升高而减小。最后，通过隧穿电流揭示了界面位错的特性。较高的位错密度表明，位错导致的隧道效应在传输机制中起到主导作用。所有这些发现都将为设计性能更优异的器件提供助力。

        该文章以题为“Tunneling via surface dislocation in W/β-Ga₂O₃ Schottky barrier diodes”发表在Journal of Semiconductors上。

03 击穿电压2.83 kV, 功率品质因子5.98 GW/cm²的双层NiO/β-Ga₂O₃垂直异质p-n结二极管

        由于p型掺杂技术缺乏，导致Ga₂O₃功率器件终端设计难度大。本文采用双层结终端扩展结构（DL-JTE）制备了高性能的NiO/β-Ga₂O₃垂直异质结二极管（HJDs），其双层结终端扩展结构由两层不同长度的p型NiO组成。底部60 nm p型NiO层完全覆盖β-Ga₂O₃表面，上层60 nm p型NiO层比方形阳极电极大10 μm。与单层JTE相比，双层JTE结构能有效抑制电场浓度，使击穿电压从2020提高到2830 V。此外，双层p型NiO允许更多空穴注入Ga₂O₃漂移层从而减小漂移电阻，比导通电阻从1.93降低到1.34 mΩ·cm²。采用DL-JTE结构的器件功率品质因子（PFOM）为5.98 GW/cm²，是传统单层JTE结构的2.8倍。这些结果表明，双层结终端扩展结构提供了一种制备高性能Ga₂O₃异质结二极管的可行方法。

        该文章以题为“2.83-kV double-layered NiO/β-Ga₂O₃ vertical p-n heterojunction diode with a power figure-of-merit of 5.98 GW/cm²”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. DL-JTE/ JTE器件的截面示意图。