《電子技術應用》
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基于Ga2O3的場效應器件研究進展
2020年電子技術應用第5期
高燦燦1，馬 奎1，2，楊發(fā)順1，2
1.貴州大學 大數(shù)據(jù)與信息工程學院，貴州 貴陽550025； 2.半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽550025
摘要： 氧化鎵(Ga2O3)作為第三代寬禁帶半導體材料，由于其超寬帶隙、高擊穿場強以及高巴利加優(yōu)值等優(yōu)點，廣泛應用于大功率器件等領域，已成為近幾年來國內(nèi)外科研人員研究的熱點。主要介紹了Ga2O3材料的特性，總結(jié)了基于Ga2O3的場效應晶體管（FET）的研究進展，對Ga2O3功率器件的發(fā)展進行了思考歸納。
中圖分類號： TN4；O48
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200009
中文引用格式： 高燦燦，馬奎，楊發(fā)順. 基于Ga2O3的場效應器件研究進展[J].電子技術應用，2020，46(5)：22-26.
英文引用格式： Gao Cancan，Ma Kui，Yang Fashun. Overview of field effect transistors based on Ga2O3[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(5)：22-26.
Overview of field effect transistors based on Ga2O3
Gao Cancan1，Ma Kui1，2，Yang Fashun1，2
1.College of Big Data and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China； 2.Semiconductor Power Device Reliability Engineering Research Center of Ministry of Education，Guiyang 550025，China
Abstract： As the third-generation wide bandgap semiconductor material, gallium oxide(Ga2O3) has been widely used in high-power devices and other fields due to its advantages such as ultra-wide band gap, high breakdown field strength and high BFOM. Hotspots of research by researchers at home and abroad.This paper mainly introduces the characteristics of Ga2O3 materials, summarizes the research progress of field-effect transistors(FETs) based on Ga2O3, and summarizes the development of Ga2O3 power devices.
Key words : Ga2O3；wide bandgap semiconductor；field effect transistor

0 引言

    氧化鎵(Ga2O3)作為新興的第三代寬禁帶半導體，具有超寬禁帶、高擊穿場強等優(yōu)點。它是一種透明的氧化物半導體材料，由于其優(yōu)異的物理化學特性、良好的導電性以及發(fā)光性能，在功率半導體器件、紫外探測器、氣體傳感器以及光電子器件領域具有廣闊的應用前景[1]。傳統(tǒng)Ga2O3主要應用于Ga基半導體的絕緣層以及紫外濾光片，目前國內(nèi)外研究熱點主要聚焦于大功率器件[2]。Ga2O3有5種晶體結(jié)構(gòu)，分別為斜方六面體(α)、單斜晶系(β)、缺陷尖晶石(γ)、立方體(δ)以及正交晶體(ε)。β-Ga2O3因為高溫下的穩(wěn)定性，所以逐漸成為近幾年來國內(nèi)外的研究熱點[3]。β-Ga2O3主要有以下優(yōu)點：(1)β-Ga2O3的禁帶寬度為4.8～4.9 eV，擊穿場強高達8 MV/cm。巴利加優(yōu)值是低損失性能指標，而β-Ga2O3的巴利加優(yōu)值高達3 400，大約是SiC的10倍、GaN的4倍[4]。因此，在制造相同耐壓的單極功率器件時，元件的導通電阻比SiC、GaN低得多，極大降低器件的導通損耗；(2)可以利用區(qū)熔法(Fz)、直拉法(Cz)、邊緣定義的薄膜饋電生長(EFG)等熔融法[5]來生長大尺寸、高質(zhì)量的β-Ga2O3本征單晶襯底材料，可以從大塊單晶中得到Ga2O3晶片。相比較SiC和GaN生長技術，更容易獲得高質(zhì)量、低成本的單晶材料；(3)可以利用分子束外延(MBE)、金屬氧化物化學氣相沉積(MOCVD)、射頻(RF)磁控濺射等方法生長高質(zhì)量氧化鎵外延層[6]。可以對Ga2O3外延層進行n型摻雜，相較于金剛石、SiC等其他半導體材料，方法更為簡單。

    但是β-Ga2O3的電子遷移率和熱導率較低，限制了其在高頻大功率器件的應用。本文主要介紹國內(nèi)外氧化鎵的場效應晶體管(FET)的研究進展，對Ga2O3功率器件存在的問題進行了思考與總結(jié)。




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作者信息:

高燦燦1，馬  奎1，2，楊發(fā)順1，2

(1.貴州大學 大數(shù)據(jù)與信息工程學院，貴州 貴陽550025；

2.半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽550025)

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