基于Ga2O3的场效应器件研究进展-AET-电子技术应用

基于Ga2O3的场效应器件研究进展

2020年电子技术应用第5期

高灿灿1，马奎1，2，杨发顺1，2

1.贵州大学大数据与信息工程学院，贵州贵阳550025； 2.半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心，贵州贵阳550025

摘要： 氧化镓(Ga2O3)作为第三代宽禁带半导体材料，由于其超宽带隙、高击穿场强以及高巴利加优值等优点，广泛应用于大功率器件等领域，已成为近几年来国内外科研人员研究的热点。主要介绍了Ga2O3材料的特性，总结了基于Ga2O3的场效应晶体管（FET）的研究进展，对Ga2O3功率器件的发展进行了思考归纳。

关键词： Ga2O3 宽禁带半导体场效应晶体管

中图分类号： TN4；O48
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200009
中文引用格式： 高灿灿，马奎，杨发顺. 基于Ga2O3的场效应器件研究进展[J].电子技术应用，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

氧化镓(Ga₂O₃)作为新兴的第三代宽禁带半导体，具有超宽禁带、高击穿场强等优点。它是一种透明的氧化物半导体材料，由于其优异的物理化学特性、良好的导电性以及发光性能，在功率半导体器件、紫外探测器、气体传感器以及光电子器件领域具有广阔的应用前景^[1]。传统Ga₂O₃主要应用于Ga基半导体的绝缘层以及紫外滤光片，目前国内外研究热点主要聚焦于大功率器件^[2]。Ga₂O₃有5种晶体结构，分别为斜方六面体(α)、单斜晶系(β)、缺陷尖晶石(γ)、立方体(δ)以及正交晶体(ε)。β-Ga₂O₃因为高温下的稳定性，所以逐渐成为近几年来国内外的研究热点^[3]。β-Ga₂O₃主要有以下优点：(1)β-Ga₂O₃的禁带宽度为4.8～4.9 eV，击穿场强高达8 MV/cm。巴利加优值是低损失性能指标，而β-Ga₂O₃的巴利加优值高达3 400，大约是SiC的10倍、GaN的4倍[4]。因此，在制造相同耐压的单极功率器件时，元件的导通电阻比SiC、GaN低得多，极大降低器件的导通损耗；(2)可以利用区熔法(Fz)、直拉法(Cz)、边缘定义的薄膜馈电生长(EFG)等熔融法^[5]来生长大尺寸、高质量的β-Ga₂O₃本征单晶衬底材料，可以从大块单晶中得到Ga₂O₃晶片。相比较SiC和GaN生长技术，更容易获得高质量、低成本的单晶材料；(3)可以利用分子束外延(MBE)、金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、射频(RF)磁控溅射等方法生长高质量氧化镓外延层^[6]。可以对Ga₂O₃外延层进行n型掺杂，相较于金刚石、SiC等其他半导体材料，方法更为简单。

但是β-Ga₂O₃的电子迁移率和热导率较低，限制了其在高频大功率器件的应用。本文主要介绍国内外氧化镓的场效应晶体管(FET)的研究进展，对Ga₂O₃功率器件存在的问题进行了思考与总结。

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作者信息:

高灿灿1，马奎1，2，杨发顺1，2

(1.贵州大学大数据与信息工程学院，贵州贵阳550025；

2.半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心，贵州贵阳550025)

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