氧化鎵（Ga₂O₃）半導體具有4.85 eV的超寬帶隙、高的擊穿場強、可低成本制作大尺寸襯底等突出優(yōu)點。有望實現(xiàn)更高耐壓、更低損耗、更高效率。可以通過熔融法制備低成本、大尺寸單晶襯底。氧化鎵半導體在大功率器件、日盲紫外光電探測應(yīng)用方面受到極大關(guān)注。

近期，在西安召開的“2023功率與光電半導體器件設(shè)計及集成應(yīng)用論壇”上，廈門大學教授張洪良帶來了”寬禁帶氧化鎵薄膜外延及電子結(jié)構(gòu)研究”的主題報告，報告介紹了氧化鎵材料發(fā)展現(xiàn)狀，并重點介紹了其課題組在氧化鎵薄膜外延、摻雜與缺陷機制以及表界面電子結(jié)構(gòu)等方面的研究進展。

當前，鑒于廣闊的發(fā)展前景，氧化鎵材料和器件已成為世界科技前沿和國家戰(zhàn)略競爭要地。比如日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省(METI) 近五年投資超過1億美元，支持氧化鎵半導體材料開發(fā)。美國國防部/空軍實驗室聯(lián)合Cornell/UCSB和企業(yè)在2012年建立了氧化鎵材料與器件研究部門。德國萊布尼茨晶體生長研究所（IKZ）2009年開始研發(fā)Ga₂O₃ 晶體，實現(xiàn)4英寸的晶體，為美國空軍實驗室供應(yīng)外延基片。

從氧化鎵半導體產(chǎn)業(yè)鏈來看，單晶襯底和外延薄膜是功率和光電器件的關(guān)鍵材料基礎(chǔ)，其品質(zhì)直接決定器件性能。高品質(zhì)氧化鎵外延薄膜以及缺陷與摻雜調(diào)控是器件應(yīng)用的關(guān)鍵。目前國外已實現(xiàn)導模法4英寸單晶初步量產(chǎn)，6英寸晶坯的突破。國內(nèi)已逐步實現(xiàn)4英寸晶體。氧化鎵薄膜外延進展方面，采用MOCVD、MBE、HVPE等技術(shù)外延生長氧化鎵薄膜。通過Si、Sn等摻雜實現(xiàn)載流子濃度從10¹⁵到10²⁰ cm-3范圍的調(diào)控。對于氧化鎵薄膜外延存在的問題，報告認為大部分外延研究工作集中在（010）面襯底；然而(100), (001) 面更容易獲得大尺寸襯底，但缺陷，位錯密度高，生長速度慢。需進一步發(fā)展低背景載流子濃度、低缺陷密度的外延薄膜等。

報告介紹了設(shè)備與表征技術(shù)，以及Si、Sn摻雜氧化鎵電子結(jié)構(gòu)研究成果，研究利用脈沖激光沉積和分子束外延技術(shù)分別通過Si和Sn摻雜實現(xiàn)了氧化鎵外延薄膜載流子從3×10¹⁷ cm^-3到  2.6×10²⁰ cm^-3的大范圍調(diào)控。其中，1% Si摻雜的Ga₂O₃薄膜實現(xiàn)了目前文獻報道的最高導電率 2520 S/cm和最高載流子濃度 2.6×10²⁰ cm^-3。結(jié)合同步輻射硬X射線光電子能譜（HAXPES）和密度泛函理論（DFT）計算，闡明了Si是氧化鎵最優(yōu)選的n型摻雜劑，并提出Si共振摻雜機制的理論模型。明晰缺陷與摻雜機制，極少量雜質(zhì)/缺陷的抑制策略。

另一方面，課題組也對氧化鎵薄膜的表界面電子結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)氧化鎵表面存在高達0.8 eV的向上能帶彎曲，其內(nèi)在原因是Ga 4s軌道構(gòu)成的導帶底部能量較高和氧化鎵較低的功函數(shù)（僅為3.2 eV）。向上的能帶彎曲給Ga₂O₃歐姆接觸帶來挑戰(zhàn)。Si重摻雜的氧化鎵薄膜能有效緩解肖特基勢壘的形成。

研究在氧化鎵薄膜外延、缺陷與摻雜機制和表界面電子結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果為氧化鎵材料和光電子器件的開發(fā)具有一定的指導意義。

論壇相關(guān)信息

本次CASICON系列活動之“2023功率與光電半導體器件設(shè)計及集成應(yīng)用論壇（西安站）”由第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）指導，西安交通大學、極智半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)（www.ofran.cn）、第三代半導體產(chǎn)業(yè)主辦，西安電子科技大學、中國科學院半導體研究所、第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟人才發(fā)展委員會、全國半導體應(yīng)用產(chǎn)教融合（東莞）職業(yè)教育集團聯(lián)合組織、西安和其光電股份有限公司等單位協(xié)辦。

CASICON 系列活動簡介

 “先進半導體產(chǎn)業(yè)大會（CASICON）”由【極智半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)】主辦，每年在全國巡回舉辦的行業(yè)綜合活動。活動聚焦先進半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱點，聚合產(chǎn)業(yè)相關(guān)各方訴求，通過“主題會議+項目路演+展覽”的形式，促進參與各方交流合作，積極推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。CASICON 系列活動將以助力第三代半導體產(chǎn)業(yè)為己任，聯(lián)合實力資源，持續(xù)輸出高質(zhì)量的活動內(nèi)容，搭建更好的交流平臺，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻應(yīng)盡的力量。

（備注：以上信息僅根據(jù)現(xiàn)場整理未經(jīng)嘉賓本人確認，僅供參考！）