【器件论文】β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管中线状缺陷的特征及其对器件性能的影响机制

        晶体缺陷是影响半导体器件性能和寿命的一大因素。对于在高功率器件领域具有极大应用潜力的 β-Ga₂O₃ 来说，研究晶体缺陷和器件性能之间的关系至关重要。近期，中国科学技术大学龙世兵教授、徐光伟研究员研究团队利用发射显微镜、透射电子显微镜及原子力显微镜研究了卤化物气相外延（HVPE）Si 掺杂 (001) β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管（SBD）中线状缺陷的特征、形成及其对器件性能的影响，研究发现源于空洞的线状缺陷是造成 SBD 泄漏电流增加和过早击穿的主要原因。该研究阐明了线状缺陷对器件性能的影响，对提高 β-Ga₂O₃ 器件的性能具有重要意义。相关研究成果以 “The characteristics of line-shaped defects and their impact mechanism on device performance in β-Ga₂O₃ Schottky barrier diodes” 为题发表在 Applied Physics Letters 上。

摘要

        β-Ga₂O₃ 因超宽带隙和高巴利加优值在电力电子器件领域受到越来越多的关注。然而，随着应用器件面积的增加，其过早击穿的情况也在恶化，从而阻碍了额定电流的扩大。这项工作揭示了 HVPE 生长的 Si 掺杂 (001) β-Ga₂O₃ 外延层中导致其过早击穿的致命缺陷的形成和特征，且致命缺陷沿 [010] 方向呈线状排列。高分辨率透射电子显微镜表征结果表明，线状缺陷与底层空洞具有联系，这些空洞被非晶相区域所包围，非晶相到晶相的转变导致孪晶沿 [010] 方向延伸，最终成为线状缺陷。此外，与无缺陷区域相比，缺陷区域表现出更小的电容和更低的表面电位，这是由于缺陷区域缺少局部电离施主，导致该区域的电场集中。本文系统地研究了 β-Ga₂O₃ 中的一种致命缺陷，这有助于推进 β-Ga₂O₃ 功率器件的应用。

DOI：

10.1063/5.0244107