【国内论文】ISPSD 2026丨深圳大学刘新科教授团队：采用嵌入式半绝缘微柱抑制反向电流的高压 Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管

        由来自深圳大学刘新科教授等人的研究团队在会议 2026 IEEE 38th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) 发布了一篇名为 High-Voltage Ga₂O₃ Schottky Barrier Diodes with Inserted Semi-Insulating Microcolumns for Suppression of Reverse Current（采用嵌入式半绝缘微柱抑制反向电流的高压 Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管）的文章。

        单斜晶系 β-Ga₂O₃ 作为一种极具潜力的超宽禁带半导体材料，拥有约 4.8-4.9 eV 的带隙和约 8 MV/cm 的理论临界击穿电场，并且可以通过熔体生长法获得低成本、大面积的单晶衬底，在高压功率器件领域展现出广阔的应用前景。作为氧化镓功率器件的代表性结构，肖特基势垒二极管（SBD）由于肖特基势垒降低效应及相关机制，在高反向偏置下往往表现出较大的反向漏电流，严重限制了其阻断能力。

        为了改善反向特性，现有方案主要包括降低漂移层载流子浓度或引入 JBS、沟槽 MOS/MIS 等结构。然而这些方案各自存在明显局限：降低漂移层掺杂会导致外延生长控制难度大幅增加；JBS 结构依赖于 p 型掺杂工艺，而氧化镓体系中稳定的 p 型掺杂技术至今尚未成熟；沟槽结构则面临着沟槽刻蚀工艺复杂、高 k 介质沉积难度大等挑战，这些问题都不利于工艺简化和器件可靠性的提升。因此，开发一种工艺简单且能有效抑制反向漏电流的新型氧化镓 SBD 结构具有重要的学术价值和工程意义。

        该团队开发了一种工艺流程简单、反向漏电流低的氧化镓插入半绝缘微柱肖特基势垒二极管（Ga₂O₃ IMC-SBDs）。插入的微柱有效降低了肖特基结附近区域的界面电场，并减小了金属/半导体直接接触的有效阳极面积，从而显著抑制了反向漏电流。制备的 Ga₂O₃ IMC-SBDs 在 V_R=1000 V 时的反向漏电流比传统 SBDs 低约两个数量级，同时保持了 1807 V 的击穿电压、4.1 mΩ・cm² 的比导通电阻和 10¹⁰ 量级的整流比。该结构为高压、低漏电流 β-Ga₂O₃ SBDs 的器件设计和工艺简化提供了可行的解决方案。

        ·首创半绝缘微柱结构：首次提出并实现了基于 He 离子注入的半绝缘微柱结构，通过精确控制 He 离子注入深度和横向分布，在阳极区域局部形成高阻半绝缘微柱，无需复杂的沟槽刻蚀或 p 型掺杂工艺，工艺流程简单。

        ·双重机制抑制漏电流：半绝缘微柱通过两种机制协同抑制反向漏电流：一是有效重塑肖特基结附近的电场分布，降低金属/半导体界面处的电场强度；二是减小金属与半导体直接接触的有效阳极面积，减少潜在的漏电流产生位点。

        ·材料机理系统验证：结合 SRIM 仿真、第一性原理计算、XPS 和 UPS 表征，系统揭示了 He 离子注入引入 V_Ga 和 He_i 等受主型缺陷，使 β-Ga₂O₃ 从 n 型导电态转变为半绝缘态的物理机制。

        ·优异的器件性能平衡：制备的 Ga₂O₃ IMC-SBDs 实现了 1807 V 的击穿电压、4.1 mΩ・cm² 的比导通电阻，在 1000 V 反向偏置下漏电流比传统 SBD 降低两个数量级，同时保持 10¹⁰ 的高整流比，实现了高压阻断与低漏电流的良好平衡。

        在本工作中，通过 He 离子注入在 n 型 β-Ga₂O₃ 中构建了插入式半绝缘微柱，提出了一种制备工艺简单的 Ga₂O₃ IMC-SBDs 结构。He 离子注入引入了高浓度的受主型缺陷，使局部区域变为半绝缘态，有效降低了金属/半导体界面处的电场并减小了有效接触面积，从而显著抑制了反向漏电流。制备的 Ga₂O₃ IMC-SBDs 在 V_R=1000 V 时的反向漏电流比传统 SBDs 低约两个数量级，同时保持了 1807 V 的击穿电压，实现了高阻断能力与低漏电流之间的良好平衡。本工作提出了一种基于缺陷工程的 β-Ga₂O₃ 局部半绝缘化策略，为高压、低漏电流 Ga₂O₃ 功率器件提供了新的结构设计理念。

        本研究得到国家重点研发计划（2024YFE0205100）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2023B0303000012）、深圳市科技计划（KJZD20240903102738050）以及深圳大学科学仪器开发项目（批准号：2024YQ003）的资助。