《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于Ga2O3的場(chǎng)效應(yīng)器件研究進(jìn)展
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
高燦燦1，馬 奎1，2，楊發(fā)順1，2
1.貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550025； 2.半導(dǎo)體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽(yáng)550025
摘要： 氧化鎵(Ga2O3)作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其超寬帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)以及高巴利加優(yōu)值等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大功率器件等領(lǐng)域，已成為近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外科研人員研究的熱點(diǎn)。主要介紹了Ga2O3材料的特性，總結(jié)了基于Ga2O3的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）的研究進(jìn)展，對(duì)Ga2O3功率器件的發(fā)展進(jìn)行了思考?xì)w納。
中圖分類號(hào)： TN4；O48
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(chǎng)效應(yīng)器件研究進(jìn)展[J].電子技術(shù)應(yīng)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(dǎo)體，具有超寬禁帶、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它是一種透明的氧化物半導(dǎo)體材料，由于其優(yōu)異的物理化學(xué)特性、良好的導(dǎo)電性以及發(fā)光性能，在功率半導(dǎo)體器件、紫外探測(cè)器、氣體傳感器以及光電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。傳統(tǒng)Ga2O3主要應(yīng)用于Ga基半導(dǎo)體的絕緣層以及紫外濾光片，目前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)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?yàn)楦邷叵碌姆€(wěn)定性，所以逐漸成為近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[3]。β-Ga2O3主要有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)β-Ga2O3的禁帶寬度為4.8～4.9 eV，擊穿場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)8 MV/cm。巴利加優(yōu)值是低損失性能指標(biāo)，而β-Ga2O3的巴利加優(yōu)值高達(dá)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(shí)，元件的導(dǎo)通電阻比SiC、GaN低得多，極大降低器件的導(dǎo)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(zhǎng)(EFG)等熔融法[5]來(lái)生長(zhǎng)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(zhǎng)技術(shù)，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(xué)氣相沉積(MOCVD)、射頻(RF)磁控濺射等方法生長(zhǎng)高質(zhì)量氧化鎵外延層[6]?？梢詫?duì)Ga2O3外延層進(jìn)行n型摻雜，相較于金剛石、SiC等其他半導(dǎo)體材料，方法更為簡(jiǎn)單。

    但是β-Ga2O3的電子遷移率和熱導(dǎo)率較低，限制了其在高頻大功率器件的應(yīng)用。本文主要介紹國(guó)內(nèi)外氧化鎵的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的研究進(jìn)展，對(duì)Ga2O3功率器件存在的問題進(jìn)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(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550025；

2.半導(dǎo)體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽(yáng)550025)

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