【会议论文】IFWS 2023丨第四代半导体材料氧化镓会议报告

厦门大学徐翔宇：氧化镓缺陷研究，合金工程电子结构调制以及日盲光电探测器的开发

        半导体材料是信息技术产业的基石，氧化镓（Ga₂O₃）是潜力新星超宽带隙材料，Ga₂O₃是大功率、高效率、特高压器件的理想选择。也是高灵敏、高响应日盲紫外探测器的优选材料。

        近日，第九届国际第三代半导体论坛（IFWS）&第二十届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）在厦门国际会议中心召开。期间“超宽禁带半导体技术技术“分会上，厦门大学徐翔宇带来了“氧化镓缺陷研究，合金工程电子结构调制以及日盲光电探测器的开发”的主题报告，分享了高性能Ga₂O₃光电探测器的性能调控研究，Al/In合金化薄膜的光电调控和电子结构研究、垂直肖特基单晶Ga₂O₃光电探测器的研究进展。

        报告指出，高性能Ga₂O₃光电探测器，运用电子封装技术，实现与物联网模块的可视集成化，完成氧化镓光电探测器对电弧信号、日盲LED等光源的远距离实时监控！为未来工业智能化管理提供解决方案。垂直肖特基单晶Ga₂O₃光电探测器方面，MSM结构探测器响应度高，但短板在于响应速度较慢。提升器件响应速度策略：构建内建电场，高效分离，加速漂移。高质量单晶保证载流子迁移率，极低的表面粗糙度确保尽可能低的表面缺陷态；通过大功函金属构建肖特基接触，建立内建电场；选用超薄、半透明金属层保证有效光照面积和最大化利用耗尽层进行光电转换；

        研究通过对外延薄膜后退火处理，获得高响应度、高探测率的日盲紫外光电探测器，实现对实际日盲信号的灵敏响应。解释了器件性能的大幅改善，是受到了由退火引起的缺陷以及表面状态变化的共同影响。通过对Ga₂O₃进行Al/In合金化，实现了大范围的带隙调控，制备出了能够响应全日盲波段的紫外光电探测器，并解释了合金组分的引入对能带结构的影响。依靠高质量单晶制备了半透明Pt/Ga₂O₃垂直结构肖特基光电二极管，该器件具有良好光电特性，通过调节界面耗尽层结区深度，成功实现无持续光电导的响应速度。

高通量方法辅助筛选和预测半导体界面结构——以β-Ga₂O₃ /AlN 界面为例

        近日，第九届国际第三代半导体论坛（IFWS）&第二十届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）在厦门国际会议中心召开。期间，“超宽禁带半导体技术分会“上，武汉大学冯嘉仁分享了“高通量方法辅助筛选和预测半导体界面结构——以β-Ga₂O₃ /AlN 界面为例”的主题报告。

        功率电子器件广泛应用于电能传输变换各个环节，在各大电能相关领域应用广泛。高性能功率电子器件可以降低电能传输变换过程中损耗，助力“双碳”目标。氧化镓是一种多变的半导体材料，它有六种不同的晶相，其中最稳定的是β相。β相氧化镓可以通过熔融法生长出大尺寸的单晶衬底，这对于制作高性能的功率器件非常有利，其研究备受关注，也面临着β-Ga₂O₃材料界面建模等挑战。

        报告以β-Ga₂O₃ /AlN 界面为例，分享了高通量方法辅助筛选和预测半导体界面结构的研究成果，涉及界面结构预测、界面筛选、界面批量生成、界面稳定性讨论、能带对齐等内容。研究开发了半导体界面结构高通量搜索软件包（IPG），以Ga₂O₃ /AlN界面为例验证软件功能，从70862440个构型中，搜索出若干晶面的界面结构，电子结构、能带对齐分析与实验值吻合，IPG软件包具有普适性（金属/半导体界面、介质/半导体界面）， 为电子器件的高效设计提供了理论支撑，加速材料设计。