【会员论文】西安电子科技大学韩根全教授团队在氧化镓（Ga₂O₃）异质和异质结功率器件的研究进展

        近日，由西安电子科技大学的研究团队在科学期刊《Fundamental Research》中发表了一篇名为Gallium oxide (Ga₂O₃) heterogeneous and heterojunction power devices（氧化镓（Ga₂O₃）异质和异质结功率器件）的文章。

摘要

        由于其高临界击穿电场和大规模单晶衬底的可用性，氧化镓（Ga₂O₃）在功率电子和射频（RF）应用中具有巨大的潜力。尽管在Ga₂O₃材料和器件研究方面已经取得了显著进展，但仍然存在与其超低导热性和缺乏有效的p型掺杂方法有关的课题。这些限制阻碍了复杂器件结构的制造和器件性能的提升。本综述旨在介绍基于异质集成技术的Ga₂O₃异质和异质结功率器件的研究进展。通过利用离子切割和键合技术，实现了具有高导热性的异质衬底，为克服Ga₂O₃的热限制提供了可行的解决方案。与Ga₂O₃器件相比，集成了SiC或Si的异质衬底上制造的Ga₂O₃器件具有卓越的热性能。基于异质衬底上p-NiO/n-Ga₂O₃异质结的功率二极管和超结型晶体管展现出出色的电特性，为双极器件的发展提供了可行的方法。异质集成和异质结的技术解决了与Ga₂O₃相关的关键问题，推动了Ga₂O₃器件在功率和射频领域商业应用的发展。通过将Ga₂O₃与其他材料集成并利用异质结界面，研究人员和工程师在改善器件性能和克服限制方面取得了显著进展。这些进展为Ga₂O₃基器件在各种功率和射频应用铺平了道路。

图 1. 通过离子切割将β-Ga₂O₃ 薄膜转移到碳化硅（或硅）上的工艺流程。(a)-(b) 将 H⁺ 植入β-Ga₂O₃，形成富含 H 的层。(c) β-Ga₂O₃与SiC（或Si）的晶片键合，键合界面层（IL）可以是无定形层或Al₂O₃膜。(d) 通过退火形成板状缺陷。(e) 分裂。(f) 通过 ICP 蚀刻或 CMP 使表面平滑。图为制备的 GaOSiC。

图 2. 通过 H 离子注入使β-Ga₂O₃晶片表面起泡。(a) 在 480°C 下退火的 H-implanted β-Ga₂O₃ 晶块表面变化的原位 OM 图像；(b) 不同内压下氢水泡总自由能与半径的关系；(c) 水泡时间与退火温度关系的 Arrhenius 图；(d) 不同植入通量值下表面起泡时间与加热温度的关系。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fmre.2023.10.008