高耐压氧化镓功率器件研制进展与思考

 

以金刚石、氧化镓、氮化硼为代表的超宽禁带半导体禁带宽度、化学稳定性、击穿场强等优势，是国际半导体领域的研究热点。其中，氧化镓（Ga2O3）具有超宽禁带、超高临界击穿场强、抗辐照和低成本等优势，被誉为下一代电力电子器件最有利的竞争者，在高压、大功率、高效节能等方面有非常大的应用潜力。

 

近日，“2023功率与光电半导体器件设计及集成应用论坛”于西安召开。论坛由第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）指导，西安交通大学、极智半导体产业网（www.casmita.com）、第三代半导体产业主办，西安电子科技大学、中国科学院半导体研究所、第三代半导体产业技术创新战略联盟人才发展委员会、全国半导体应用产教融合（东莞）职业教育集团联合组织、西安和其光电股份有限公司等单位协办。

期间，“平行论坛1：功率半导体器件设计及集成应用”上，中国电子科技集团公司第十三研究所重点实验室高级工程师敦少博带来了题为“高耐压氧化镓功率器件研制进展与思考”的主题报告。

报告中介绍，超宽禁带氧化镓临界击穿场强是Si的30倍，SiC的3倍，更适合制备高压功率器件。相同耐压，外延层厚度，氧化镓功率器件电阻更低。氧化镓单晶衬底可通过导模法实现，具有低成本优势。超宽禁带氧化镓功率器件兼备高耐压、低电阻和低成本三重优势。

氧化镓已成为下一代战略半导体材料。国际功率半导体发展技术路线指明：超宽禁带半导体材料是新一代功率电子器件发展的优选材料。氧化镓作为超宽禁带半导体的典型代表，有望率先实现工程化应用。随着全球加快投入，氧化镓成为功率器件领域战略高地之一，进入快速发展期。

当前氧化镓功率器件面临主要科学问题，氧化镓受主杂质激活能大无法实现有效p型导致终端设计难。并介绍了，日本信息通信研究机构（NICT）、康 奈 尔 大 学 、西安电子科技大学、南京大学、中国科技大学在氧化镓二极管方面的研究进展。并表示，氧化镓二极管整体进展较快，部分结果超越SiC极限。以及德国柏林莱布尼兹研究所（FBH）、布法罗大学、西安电子科技大学、康奈尔大学在氧化镓MOSFET研究进展。并分享了中国电科产业基础研究院在Ga2O3 SBD功率器件和Ga2O3 MOSFET功率器件方面的最新研究成果，

报告中指出，P型掺杂技术缺失依然是氧化镓功率器件发展面临的重大瓶颈问题，开发新型终端结构、寻求替代方案是目前国际研究热点之一。氧化镓二极管相对更成熟一些，小尺寸二极管进展迅速，部分性能已超越SiC材料理论极限，在高压、低导通特性显现出一定的性能优势。我们初步开展了大功率二极管应用验证，但是其性能与小尺寸器件相差甚远，与SiC相比性。能优势并不突出，亟需材料、器件与应用端协同攻关。

审核编辑：刘清