中山大學王鋼教授團隊在NiO/β-Ga?O?異質結在功率器件領域的研究進展

功率器件常用于開關控制和大功率電路驅動，在多種場合中具有廣泛的應用。隨著電動汽車、5G網絡和物聯網（IoT）的快速發展，硅基器件逐漸達到了其物理極限，傳統的硅基功率器件已難以滿足許多超高功率應用的需求。

寬禁帶半導體材料氧化鎵（β-Ga2O3）具有約4.8 eV的禁帶寬度、高達8 MV/cm的臨界電場、約3000的巴利加優值系數（BFOM）、可用熔融法生長等優秀的性質，是制備下一代功率器件的潛力材料。通過硅或錫摻雜，β-Ga2O3可以實現濃度在1015-1019cm-3范圍內可調的N型導電。然而，由于較大的受主雜質激活能和空穴自陷能，實現β-Ga2O3的P型導電是非常困難的，這也成了β-Ga2O3同質雙極型器件發展的主要阻礙。雙極型結構通常具有低漏電流、高熱穩定性和良好的抗浪涌能力，在功率器件設計中有著廣泛應用。

為了實現β-Ga2O3雙極型器件，一個可行的方法是使用P型半導體材料如氧化錫（SnO）、氧化亞銅（Cu2O）、氧化鎳（NiO）等與N型β-Ga2O3構建異質結，而NiO以其3.6-4.0 eV的大禁帶寬度和可控的P型摻雜，成為其中的主流選擇。2020年，Lu等人報道了用濺射法制備的NiO薄膜和β-Ga2O3構建的異質結，實現了第一個具有千伏級擊穿電壓的β-Ga2O3雙極型器件。隨后，許多研究人員在提升NiO/β-Ga2O3異質pn結性能等方面取得了顯著進展。此外，NiO/β-Ga2O3異質結結構也被廣泛用于其它器件結構，如結勢壘肖特基二極管（JBS）、結場效應晶體管（JFET）和邊緣終端（ET）結構等。

近日，中山大學盧星副教授、王鋼教授團隊總結了NiO/β-Ga2O3異質結在功率器件領域的研究進展，并對其未來的發展做出了展望。綜述從NiO/β-Ga2O3異質結的構建、表征和器件性能三個方面展開，討論了濺射法制備的NiO/β-Ga2O3異質結的結晶性質、能帶結構和載流子運輸特性，并介紹了包括NiO/β-Ga2O3異質pn結二極管（HJD）、結勢壘肖特基二極管、結場效應晶體管和基于NiO/β-Ga2O3異質結的邊緣終端結構及超結（SJ）結構在內的多種器件結構的最新進展。此外，文中還針對NiO/β-Ga2O3異質結實際應用中存在的如材料質量、器件結構優化、界面態和器件可靠性等關鍵問題進行了總結和展望。

該綜述總結了NiO/β-Ga2O3異質結在功率器件領域的發展現狀，為之后設計高性能的NiO/β-Ga2O3異質結器件提供了參考，對β-Ga2O3雙極型器件未來的發展起到了積極的作用。

圖1 NiO/β-Ga2O3異質結功率器件發展里程碑。

該文章以題為“Recent advances in NiO/Ga2O3heterojunctions for power electronics”發表在Journal of Semiconductors上。