氧化鎵材料與功率器件的研究進(jìn)展

何云龍，洪悅?cè)A，王羲琛，章舟寧，張方，李園，陸小力，鄭雪峰，馬曉華

(西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院，西安 710071）

1 引言

隨著國家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略的實施，節(jié)能減排、提升轉(zhuǎn)換效率是目前能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。功率半導(dǎo)體器件是功率轉(zhuǎn)換的核心，為了實現(xiàn)該戰(zhàn)略目標(biāo)，超大功率、高轉(zhuǎn)換效率、小體積的功率器件成為研究熱點。目前，以Si、Ge為代表的第一代半導(dǎo)體器件經(jīng)過幾十年的芯片制造、器件結(jié)構(gòu)、封裝和應(yīng)用技術(shù)的不斷優(yōu)化，已接近或達(dá)到材料的物理極限，未來發(fā)展空間有限。因此，依靠現(xiàn)有Si基功率器件已經(jīng)無法滿足功率半導(dǎo)體器件小型化、高效率的工作需求，尋找并開發(fā)性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料逐漸成為國內(nèi)外研究者的主攻方向。以氧化鎵（Ga2O3）為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有超寬的禁帶寬度（約4.8 eV）和超高臨界擊穿場強（約8 MV/cm），因此具有擊穿電壓高、輸出功率大等優(yōu)點，成為目前的研究熱點之一。

與常見的寬禁帶半導(dǎo)體GaN、SiC相比，Ga2O3材料的遷移率雖然不高，但是其擊穿場強超大，電子飽和速度快，在高壓低導(dǎo)通的電力電子領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢。Ga2O3材料目前已知的晶相共有6種，其中，β-Ga2O3的熱穩(wěn)定性最高，單晶生長質(zhì)量最好，是制備器件的最佳選擇?；讦?Ga2O3制備的功率電子器件，Baliga品質(zhì)因數(shù)是GaN器件的4倍，是SiC器件的10倍，是Si器件的3444倍。因此在相同的工作電壓下，β-Ga2O3器件導(dǎo)通電阻更低、功耗更小，進(jìn)而能夠極大地降低器件工作時的電能損耗。此外，β-Ga2O3單晶襯底與藍(lán)寶石襯底的制備工藝類似，可以通過金屬熔融法直接獲得，目前4英寸Ga2O3單晶襯底工藝已經(jīng)相對成熟，成本有望降至同尺寸SiC襯底的三分之一，因此在低成本方面具有極大的潛力。與GaN功率器件相比，β-Ga2O3功率器件沒有電流崩塌現(xiàn)象，其可靠性更高；其擊穿場強比GaN更高，理論上具有更高的輸出功率。與SiC功率器件相比，β-Ga2O3功率器件制作方法簡單，且可利用平面型結(jié)構(gòu)，更易于集成。當(dāng)然，β-Ga2O3的熱導(dǎo)率較低，這也成為制約β-Ga2O3器件發(fā)展的瓶頸。因此，如何提高器件的散熱效果成為目前亟待解決的關(guān)鍵問題。

Ga2O3被認(rèn)為是制備下一代高功率、高效率及低功耗電源系統(tǒng)極具希望的材料，歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將其列為下一代戰(zhàn)略半導(dǎo)體材料，并開展了一系列研究。本文總結(jié)了國內(nèi)外在Ga2O3材料、功率二極管和功率晶體管方面的最新研究進(jìn)展，希望能為Ga2O3材料及其器件的研究提供參考。

2 Ga2O3外延材料

Ga2O3的材料外延技術(shù)主要有氫化物氣相外延（HVPE）、金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和分子束外延（MBE）等。其中，HVPE生長的材料尺寸較大、缺陷密度低、生長成本低，是目前材料生長的主流方式。但是，由于Ga2O3屬單斜晶系，其表面粗糙度較高，需要進(jìn)行平整化處理。同時，由于其生長速率較高，其外延厚度不易控制。目前主流的研究機構(gòu)多集中于日、韓等國家。2014年，日本東京農(nóng)業(yè)與科技大學(xué)采用GaCl2和O2作為前驅(qū)體源，通過HVPE生長方法在（001）晶向的Ga2O3襯底上進(jìn)行外延，外延材料的（002）晶向搖擺曲線的半高寬為90″，背景雜質(zhì)載流子濃度低至1013cm-3[1]。2019年，韓國全南大學(xué)引入Pd納米顆粒，使用HVPE方法在藍(lán)寶石上生長α向Ga2O3薄膜，其搖擺曲線半高寬為879″，粗糙度為4.98 nm[2]。2022年，韓國崇實大學(xué)在藍(lán)寶石上通過HVPE生長α向Ga2O3薄膜，外延材料的XRD搖擺曲線如圖1所示，外延的Ga2O3薄膜搖擺曲線的半高寬為73″，并在此材料上制作了MOSFET器件，器件擊穿電壓高達(dá)2300 V，表明HVPE生長的Ga2O3質(zhì)量得到了顯著提升[3]。

圖1 外延材料的XRD搖擺曲線

相比于HVPE生長方法，通過MBE生長的外延材料厚度精確可控，但是，該方法生長效率較低，且無法滿足大尺寸外延的生長要求，在產(chǎn)業(yè)界并不是主流方法。即便如此，它依然是目前生長高質(zhì)量外延材料的主力軍。2020年，德國萊布尼茨研究所通過MBE在（100）晶向的Ga2O3襯底上同質(zhì)外延Ga2O3薄膜層，嘗試使用金屬銦輔助金屬交換催化的方法來提高生長速率，其生長速率高達(dá)1.5 nm/min，粗糙度（RMS）為0.3 nm[4]。2020年，美國康奈爾大學(xué)使用了新穎的S-MBE方法分別在藍(lán)寶石和Ga2O3上外延Ga2O3薄膜，其在藍(lán)寶石上外延的生長速率為1.6μm/h，在Ga2O3襯底上外延的速率為1.5μm/h，薄膜的搖擺曲線半高寬為71″，粗糙度為0.7 nm[5]。2022年，該課題組引入In2O和SnO，提高了Ga2O3薄膜的生長速率，材料的搖擺曲線半高寬為10.3″，粗糙度為0.25 nm[6]，如圖2所示，這是目前通過MBE生長Ga2O3的最佳水平。

圖2 美國康奈爾大學(xué)外延材料測試結(jié)果

MOCVD外延生長方法兼顧了HVPE和MBE兩種方法的優(yōu)點，它不僅可以獲得較大的薄膜尺寸，同時可以有效控制生長速率，是使Ga2O3外延生長步入產(chǎn)業(yè)化的有效途徑。由于該方法研究起步較晚，生長的材料質(zhì)量還有待提高。2018年，美國加州大學(xué)報道了使用MOCVD生長方法同質(zhì)外延了超高電子遷移率的Ga2O3薄膜，其在室溫下電子遷移率為176 cm2/(V·s)，在54 K低溫下電子遷移率為3481 cm2/（V·s）[7]。2021年，吉林大學(xué)在（100）的襯底上MOCVD同質(zhì)外延Si摻Ga2O3薄膜，實現(xiàn)了摻雜濃度從6.5×1016cm-3到2.6×1019cm-3的可控?fù)诫s[8]；2022年，該課題組通過優(yōu)化生長工藝，獲得的Ga2O3薄膜材料載流子摻雜濃度低至3.6×1016cm-3，電子遷移率為137 cm2/(V·s)，在（002）衍射面的半高寬為26.3″，薄膜粗糙度為0.323 nm[9]，如圖3所示。這是目前通過MOCVD方法生長的質(zhì)量最好的Ga2O3材料。

圖3 吉林大學(xué)MOCVD外延材料表面粗糙度

Ga2O3以其優(yōu)異的材料性能受到國內(nèi)外研究者的關(guān)注，它被認(rèn)為是下一代功率電子器件的核心。因此，以Ga2O3材料為基礎(chǔ)制作的功率器件具有在大功率、高溫、強輻射等領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。Ga2O3功率器件的關(guān)鍵研究集中于Ga2O3功率二極管以及Ga2O3功率晶體管。

3 Ga2O3功率二極管

目前，Ga2O3基功率二極管根據(jù)器件結(jié)構(gòu)可分為肖特基結(jié)構(gòu)、場終端結(jié)構(gòu)、鰭式溝槽型結(jié)構(gòu)以及PN結(jié)結(jié)構(gòu)等，評價器件主要性能的參數(shù)有擊穿電壓、導(dǎo)通電阻、Baliga品質(zhì)因數(shù)等。

3.1 肖特基結(jié)構(gòu)

常規(guī)的Ga2O3基功率二極管主要由肖特基接觸的陽極以及歐姆接觸的陰極構(gòu)成。2013年，日本Tamura公司成功地制備出第一支β-Ga2O3基二極管，如圖4所示，器件的擊穿電壓為150 V[10]。2015年，日本信息與通信技術(shù)研究所（NICT）通過HVPE的方法，成功生長了7μm的低摻雜外延層（摻雜濃度為1×1016cm-3），并基于該材料制備了二極管，通過變溫C-V、I-V特性研究，發(fā)現(xiàn)器件正向?qū)娏鞣蠠犭娮影l(fā)射機制，反向漏電流傳輸符合熱場發(fā)射機制[11]。

圖4 日本Tamura公司制作的常規(guī)功率二極管

3.2 場終端結(jié)構(gòu)

從3.1節(jié)可以看出，僅采用常規(guī)肖特基結(jié)構(gòu)的二極管擊穿場強距離其理論極限仍有較大差距。因此，若要獲得更高的擊穿電壓及Baliga品質(zhì)因數(shù)，器件需要進(jìn)行新型場終端技術(shù)開發(fā)與改進(jìn)。場終端技術(shù)主要是在陽極的邊緣處通過離子注入或者金屬電極等結(jié)構(gòu)使得器件的電場分布更加均勻，從而起到削弱陽極邊緣電場峰值的效果。2019年，日本信息與通信技術(shù)研究所在Ga2O3的陽極邊緣區(qū)域進(jìn)行氮離子注入，采用場環(huán)疊加場板的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了1.43 kV的擊穿電壓以及4.7 mΩ·cm2的導(dǎo)通電阻[12]。2021年，美國猶他大學(xué)利用雙層高介電常數(shù)介質(zhì)BTO/STO制備場板結(jié)構(gòu)，器件導(dǎo)通電阻低至0.32 mΩ·cm2，其擊穿電壓為687 V，Baliga品質(zhì)因數(shù)超過了1 GW/cm2，該導(dǎo)通電阻是目前報道的最低值[13]。2022年，西安電子科技大學(xué)采用刻蝕形成溝槽結(jié)構(gòu)，并填充二氧化硅介質(zhì)制作了場終端功率二極管，該器件的擊穿電壓高達(dá)6000 V，導(dǎo)通電阻為3.4 mΩ·cm2，器件的Baliga品質(zhì)因數(shù)高達(dá)10.6 GW/cm2[14]。

雖然Ga2O3場終端結(jié)構(gòu)取得了長足進(jìn)步，但由于Ga2O3材料P型摻雜的缺失，嚴(yán)重制約了Ga2O3功率二極管向著更高性能的方向發(fā)展。研究者嘗試?yán)肞型NiOx代替Ga2O3，形成了異質(zhì)PN結(jié)，填補了P型Ga2O3缺失帶來的遺憾，成為了目前研究的熱點。2020年，中國電科13所利用Ga2O3天然P型的優(yōu)勢，與Ga2O3結(jié)合制備出了結(jié)勢壘肖特基二極管（JBS），其結(jié)構(gòu)如圖5所示。器件導(dǎo)通電阻為3.45 mΩ·cm2，擊穿電壓為1715 V，Baliga品質(zhì)因數(shù)超過了0.85 GW/cm2[15]。2021年，西安電子科技大學(xué)制作了凹槽型JBS結(jié)構(gòu)功率二極管，器件的擊穿電壓達(dá)到1340 V，導(dǎo)通電阻低至1.94 mΩ·cm2[16]。

圖5 中國電科13所制作的JBS二極管結(jié)構(gòu)

3.3 鰭式溝槽型結(jié)構(gòu)

2018年，美國康奈爾大學(xué)首次制備出鰭式溝槽型結(jié)構(gòu)的Ga2O3二極管，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，在深溝槽上方沉積Al2O3介質(zhì)，器件的擊穿電壓高達(dá)2440 V，導(dǎo)通電阻為11.3 mΩ·cm2[17]。該器件的優(yōu)勢是利用多個鰭式溝槽將有源區(qū)進(jìn)行分離，該結(jié)構(gòu)不僅具有平面的場終端結(jié)構(gòu)，同時還增加了縱向的場終端，并且，多個鰭式溝槽增加了散熱面積。2020年，該課題組采用兩級場板對鰭式溝槽型結(jié)構(gòu)的Ga2O3二極管進(jìn)行優(yōu)化，器件的擊穿電壓達(dá)到2890 V，導(dǎo)通電阻為10.5 mΩ·cm2，該器件的Baliga品質(zhì)因數(shù)高達(dá)0.80 GW/cm2[18]。

圖6 首支鰭式溝槽結(jié)構(gòu)的Ga2O3二極管

3.4 PN結(jié)結(jié)構(gòu)

隨著NiOx沉積技術(shù)的成熟，研究者嘗試把高質(zhì)量P型氧化鎳與N型Ga2O3結(jié)合制備成異質(zhì)PN結(jié)結(jié)構(gòu)的Ga2O3二極管，以PN結(jié)代替肖特基結(jié)，提升其耐壓特性。2020年，南京大學(xué)通過改變氧氣氛圍及腔室壓強沉積出2層不同濃度的NiOx，以此為基礎(chǔ)制作了Ga2O3PN結(jié)二極管。該器件的擊穿電壓為1860 V，導(dǎo)通電阻為10.6 mΩ·cm2，其Baliga品質(zhì)因數(shù)為0.33 GW/cm2[19]。2021年，西安電子科技大學(xué)通過磁控濺射的方式制作了PN結(jié)二極管，該器件的擊穿電壓為1220 V，其導(dǎo)通電阻降至1.08 mΩ·cm2，其Baliga品質(zhì)因數(shù)達(dá)到1.38 GW/cm2[20]。同年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)通過后退火技術(shù)優(yōu)化NiOx與Ga2O3的界面，降低了界面態(tài)缺陷密度，從而提高了器件的性能。該器件經(jīng)過退火后，擊穿電壓從900 V提高至1630 V，導(dǎo)通電阻降為4.1 mΩ·cm2，Baliga品質(zhì)因數(shù)達(dá)到0.65 GW/cm2[21]。

由于NiOx與Ga2O3形成的異質(zhì)PN結(jié)具有優(yōu)良的特性，PN結(jié)結(jié)構(gòu)的二極管性能有了巨大的提升，為此，研究者不斷地將PN結(jié)結(jié)構(gòu)與場終端結(jié)構(gòu)相結(jié)合，改進(jìn)與提升Ga2O3功率二極管的器件特性。2022年，南京大學(xué)制作了梯形臺面的NiOx，并與Ga2O3結(jié)合制備成異質(zhì)PN結(jié)二極管。該器件的擊穿電壓達(dá)到2230 V，導(dǎo)通電阻為1.9 mΩ·cm2[22]。同年，中國電科13所采用異質(zhì)PN結(jié)結(jié)構(gòu)結(jié)合梯形場板制作的器件擊穿電壓達(dá)到2410 V，導(dǎo)通電阻低至1.12 mΩ·cm2，其Baliga品質(zhì)因數(shù)達(dá)到5.18 GW/cm2[23]。西安電子科技大學(xué)采用雙層濃度的NiOx制作了異質(zhì)PN結(jié)結(jié)構(gòu)二極管，并結(jié)合了Mg離子注入場環(huán)、SiO2介質(zhì)場板等多種終端技術(shù)，器件結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中NA和ND分別為受主摻雜濃度和施主摻雜濃度，T為厚度。制作的器件擊穿電壓達(dá)到8320 V，導(dǎo)通電阻為5.24 mΩ·cm2，Baliga品質(zhì)因數(shù)達(dá)到13.2 GW/cm2[24]，該值為目前國際報道的最高值。

圖7 西安電子科技大學(xué)制作的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)氧化鎵PN二極管

通過以上研究，可以發(fā)現(xiàn)采用異質(zhì)PN結(jié)結(jié)構(gòu)依然是目前提升Baliga品質(zhì)因數(shù)最為有效的方法之一，同時，為了提升器件的擊穿電場，使其更接近于Ga2O3的理論極限，場終端技術(shù)依然不可或缺。因此，Ga2O3基功率二極管的主攻方向依然集中于提升其擊穿電壓并降低其導(dǎo)通電阻。當(dāng)然，隨著器件性能的不斷提升，器件的擊穿場強不斷接近其理論極限，器件的熱穩(wěn)定性與可靠性將成為更為重要的考量標(biāo)準(zhǔn)。

4 Ga2O3功率晶體管

相對于Ga2O3功率二極管，Ga2O3功率晶體管的研究目前還相對滯后，主要原因是絕緣襯底上高質(zhì)量的外延材料難以獲得，同時，高質(zhì)量外延材料的尺寸較小，能夠進(jìn)行器件特性改進(jìn)的物理空間較少。因此，Ga2O3功率晶體管目前存在的問題較多，主要包括擊穿電壓低、電流密度低、增強型難以制備等。研究的主要方向涵蓋場終端技術(shù)、垂直器件技術(shù)與增強型技術(shù)等幾個方面，評價器件性能的主要參數(shù)有擊穿電壓、導(dǎo)通電阻、Baliga品質(zhì)因數(shù)等。

4.1 場終端技術(shù)

與Ga2O3功率二極管相似，Ga2O3基功率晶體管的擊穿場強遠(yuǎn)低于其理論極限，要想獲得較高的擊穿場強，開發(fā)并優(yōu)化場終端技術(shù)勢在必行。2020年，中國電科13所采用優(yōu)化的源極場板制作了Ga2O3基MOSFET，其結(jié)構(gòu)如圖8所示，器件的功率品質(zhì)因數(shù)為277 W/cm2，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平[25]；同年，該單位研究了氧氣氛圍退火對器件功率性能的影響，這也是國內(nèi)首次報道Ga2O3基MOSFET的功率性能，該器件在1 GHz連續(xù)波條件下輸出功率Pout為0.4 W/mm，功率附加效率（PAE）為10%，增益為3.2 dB[26]。

圖8 中國電科13所制作的Ga2O3基MOSFET器件結(jié)構(gòu)

2019年，日本電子與通信研究所采用雙層介質(zhì)結(jié)合源場板技術(shù)制作了MOSFET，其器件擊穿電壓達(dá)到2321 V。該技術(shù)為Ga2O3基MOSFET提供了一種穩(wěn)定、低成本和有效的擊穿電壓提升方法[27]。2022年，美國布法羅大學(xué)采用聚合物鈍化層顯著提升MOSFET的擊穿電壓，其器件擊穿電壓高達(dá)8.03 kV[28]。西安電子科技大學(xué)通過優(yōu)化NiOx/Ga2O3界面并結(jié)合凹槽技術(shù)，使器件的導(dǎo)通電阻達(dá)到6.24 mΩ·cm2，擊穿電壓為2145 V，其功率優(yōu)值（PFOM）達(dá)到0.74 GW/cm2，該值為目前橫向Ga2O3基MOSFET報道的最高值，顯示出Ga2O3基MOSFET在大功率、高效率和電力電子方面的巨大應(yīng)用前景[29]。

4.2 垂直器件技術(shù)

對于橫向器件來說，提升器件擊穿電壓的途徑除了采用有效的終端技術(shù)以外，還可以增加其柵漏間距，而柵漏間距的不斷增大無疑增加了器件的有源區(qū)面積。因此，眾多的研究者開始將關(guān)注點聚焦到了垂直型器件，垂直型器件可以在不改變其有源區(qū)面積的條件下提升器件的擊穿電壓，是目前研究的重要方向之一。2019年，日本國家信息和通信技術(shù)研究所通過N和Si元素注入摻雜技術(shù)制作了垂直型Ga2O3基MOSFET，為Ga2O3基垂直型器件的研究提供了重要參考[30]。2022年，美國斯坦福大學(xué)制作了首個Mg擴(kuò)散電流阻擋層（CBL）垂直場效應(yīng)晶體管（VDBFET），該器件的開關(guān)比達(dá)到109，擊穿電壓為72 V，雖然擊穿電壓很低，但該器件的報道為Ga2O3基MOSFET在CBL結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新上提供了理論依據(jù)[31]。

2019年，美國康奈爾大學(xué)制作了垂直鰭型Ga2O3基MOSFET，如圖9所示。該器件通過控制每根鰭寬調(diào)制器件的閾值電壓，通過漂移區(qū)的摻雜濃度調(diào)制器件的擊穿電壓，器件的擊穿電壓高達(dá)2.66 kV，特征導(dǎo)通電阻為25.2 mΩ·cm2。該器件運用了低損傷刻蝕技術(shù)、小線條光刻技術(shù)、介質(zhì)保型覆蓋技術(shù)等多個關(guān)鍵技術(shù)，因此其制作難度較大。但它具有閾值電壓可控、擊穿特性好、散熱性好等優(yōu)點，為Ga2O3基MOSFET在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要支撐[32]。

圖9 美國康奈爾大學(xué)制作的垂直鰭型Ga2O3基MOSFET

4.3 增強型技術(shù)

Ga2O3材料的遷移率較低，通常低于200 cm2/（V·s），同時，為了使器件獲得較高的電流密度，通常材料的溝道層較厚，因此，Ga2O3基MOSFET的閾值電壓較負(fù)（低于-20 V），這嚴(yán)重限制了器件在功率轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。為此，制作高性能的增強型功率器件是未來的發(fā)展趨勢。2019年，美國空軍實驗室采用凹槽柵結(jié)構(gòu)制作了增強型Ga2O3基MOSFET，其在0.1 mA/mm電流密度時的閾值電壓為+3 V，漏極電流密度大于20 mA/mm，電流開關(guān)比大于107，器件的擊穿電壓高于198 V[33]。中國電科13所采用柵極氧退火技術(shù)，形成柵氧化層（OA區(qū)），有效降低了溝道電子，制作的增強型器件的閾值電壓為4.1 V，擊穿電壓在3000 V以上[34]，器件結(jié)構(gòu)如圖10所示。2022年，西安電子科技大學(xué)通過優(yōu)化NiOx/Ga2O3界面并結(jié)合Ga2O3凹槽技術(shù)制作Ga2O3增強型功率器件，其導(dǎo)通電阻為13.75 mΩ·cm2，擊穿電壓為1977 V，PFOM值為0.28 GW/cm2，該參數(shù)為目前Ga2O3增強型功率器件的最佳指標(biāo)[29]。

圖10 中國電科13所制作的增強型器件結(jié)構(gòu)

由于Ga2O3材料的熱導(dǎo)率較低，且材料自身存在氧空位和鎵空位等缺陷，影響著Ga2O3的熱學(xué)性能以及載流子輸運。過低的熱導(dǎo)率導(dǎo)致器件的自熱現(xiàn)象嚴(yán)重，這會導(dǎo)致器件性能嚴(yán)重衰退。因此，散熱效率成為制約Ga2O3功率器件邁向應(yīng)用的瓶頸。2019年，西安電子科技大學(xué)首次采用離子刀剝離技術(shù)實現(xiàn)了Ga2O3基MOSFET的襯底轉(zhuǎn)移，如圖11所示，其中GaO@ISiC（GaO@ISi）中的“I”代表Al2O3介質(zhì)層，為解決Ga2O3功率器件的散熱問題提供了重要的解決方案[35]。此外，襯底減薄也是解決Ga2O3功率器件散熱問題的有效方法之一[36]。

圖11 西安電子科技大學(xué)離子刀剝離鍵合技術(shù)

從以上研究進(jìn)展可以看出，場終端技術(shù)的優(yōu)化依然是Ga2O3基MOSFET提升擊穿電壓的有效途徑之一，目前Ga2O3功率晶體管的最高擊穿電壓可達(dá)8.03 kV，通過優(yōu)化界面特性并結(jié)合凹槽技術(shù)，可以獲得最高的PFOM值（0.74 GW/cm2）。雖然目前對Ga2O3基MOSFET的研究取得了一定的進(jìn)展，但是相對于二極管來說，MOSFET的發(fā)展依處于初級階段，依然有很多問題有待解決。

5 結(jié)束語

本文對Ga2O3外延材料、功率二極管和功率晶體管的國內(nèi)外最新研究進(jìn)行了歸納與總結(jié)。Ga2O3外延材料主要有HVPE、MBE和MOCVD 3種生長方式。其中，MOCVD生長方式兼顧了較大的外延尺寸與可控的生長速率，是將Ga2O3材料推向產(chǎn)業(yè)化的有效途徑，優(yōu)化其生長工藝，制作大尺寸、高質(zhì)量的外延材料將成為未來的主要研究方向。Ga2O3功率器件主要分為功率二極管與功率晶體管。目前，Ga2O3功率二極管通過異質(zhì)PN結(jié)與多種場終端技術(shù)的結(jié)合，已經(jīng)迫近Ga2O3材料的理論極限，是最接近商用的器件之一。而Ga2O3功率晶體管盡管采用多種技術(shù)實現(xiàn)了一定的突破，但是受限于目前的材料質(zhì)量與尺寸，器件的性能距離其理論極限還有巨大差距，且其增強型器件制備技術(shù)尚不完善，需要繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)與理論研究。此外，受限于Ga2O3材料固有的低熱導(dǎo)率特性，Ga2O3功率器件的熱管理技術(shù)也將成為未來的重點研究方向之一。