【器件论文】突破 β-Ga₂O₃ 中的p型掺杂屏障：具有高增益、高击穿电压和射频能力的GaN基异质结双极晶体管

        由越南维新大学的研究团队在学术期刊 RSC Advances 发布了一篇名为 Breaking the p-type doping barrier in β-Ga₂O₃: a GaN-based heterojunction bipolar transistor with high gain, high breakdown, and RF capability （突破 β-Ga₂O₃ 中的p型掺杂屏障：一种具有高增益、高击穿电压和射频能力的 GaN 基异质结双极晶体管）的文章。

摘要

        尽管对单极 β-Ga₂O₃ 半导体器件的研究已相当深入，但双极器件（尤其是异质结双极晶体管HBT）的发展却因 β-Ga₂O₃ 中缺乏可靠的 p 型掺杂技术而严重受阻。本文首次对基于 n 型 β-Ga₂O₃ 发射极、p 型 GaN 基区和 n 型 GaN 集电极的功能性HBT进行全面仿真研究，旨在解决双极器件中 β-Ga₂O₃ 掺杂 p 型载流子的关键难题。所提出的 Ga₂O₃/GaN HBT 在充分考虑陷阱效应的仿真中，展现出 18.3 的最大直流电流增益 (β_DC)、14.3 kA cm^-2 的高集电极电流密度 (J_C)、120 V 的集电极-基极击穿电压 (BV_CBO)、 功率优值 (PFOM) 达41.3 MW cm^-2，且具有 0.35 mΩ cm² 的低导通电阻 (R_on,sp)。在 300 K 至 460 K 温度范围内测得的电流-电压（I-V）特性表明，器件在 460 K 下仍保持稳定工作，但受载流子迁移率衰减和复合增强影响，β_DC 降低 31.1%，PFOM 下降 30.0%。通过优化基区与集电区厚度，器件性能得到进一步提升：基区厚度 0.05 μm 时 β_DC 值达到峰值，而集电区厚度达 2.0 μm 时，PFOM 可提升至 138 MW cm^-2 且不影响增益。高频仿真显示器件在 300 K 时截断频率 (f_T) 达 30 GHz，证实其适用于射频与功率开关应用。这些成果表明，Ga₂O₃/GaN 异质结双极晶体管凭借其高击穿电压与卓越频率性能的独特组合，将成为下一代电力电子设备的理想候选器件。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D5RA07197F