通过氧气退火增强β-Ga₂O₃二极管.中国科技大学和河北半导体研究所的研究人员在这一特定领域取得了最新重大进展

上图所示：（a）增加台面有助于提高β-Ga2O3肖特基势垒二极管的阻断电压（b）。

氧气退火和自对准台面终端使β-Ga2O3二极管进一步走向商业化。

虽然β-Ga2O3电力电子技术已经取得了长足的进步，但仍然存在挑战，包括建立高良率工艺，以生产具有足够击穿电压的大面积器件。

中国科技大学和河北半导体研究所的研究人员在这一特定领域取得了最新重大进展。该团队已经证明，通过β-Ga2O3的HVPE生产的样品的氧气退火降低了这些薄膜的表面粗糙度和位错密度，从而提高了肖特基势垒二极管的击穿电压。

据团队发言人吴飞鸿介绍，该团队的另一个突破是使用台面终端，与氧气退火一起用于制造3毫米乘3毫米的器件。这些肖特基势垒二极管能够阻挡700多伏的电压，在2伏的正向偏压下提供8.7安的电流。

β-Ga2O3的外延生长有多种技术，包括HVPE、MOCVD和MBE。其中，MOCVD可产生优异的迁移率，而HVPE则以厚膜的快速生长和相对较低的设备成本而闻名。

吴飞鸿指出，日本Novel Crystal Technology出售的商用β-Ga2O3样品是通过HVPE生产的。

“因此，可以承认HVPE目前具有一定的优势，”吴飞鸿说。“然而，由于商业上可行的β-Ga2O3样品仍在开发中，因此确定哪种方法更优越还为时过早。

为了研究氧气退火的影响，Wu及其同时使用来自Novel Crystal Technology的外延晶片制造了一系列尺寸未公开的器件，但明显小于3毫米乘3毫米，该外延晶片具有10微米厚的轻硅掺杂漂移层，该漂移层通过HVPE沉积在载流子浓度为5 x 1018 cm-3的锡掺杂β-Ga2O3基板上。

肖特基势垒二极管的制造首先进行化学清洗，然后在200°C、400°C、600°C或800°C下进行30分钟的热退火。为了消除退火导致的欧姆接触电阻增加，该团队在添加触点之前转向电感耦合等离子体蚀刻，然后用电感耦合等离子体蚀刻定义台面（见图）。

根据原子力显微镜，退火降低了均方根粗糙度，对于2μm乘2μm的扫描区域，从0.435nm降至0.245nm。

在2 V的正向偏压下，该团队二极管的电流密度随着退火温度的升高而降低，这是由于载流子浓度的降低。肖特基势垒高度在600°C退火时达到1.16 eV的峰值，击穿电压在400°C时达到峰值。吴和他的同事们还考虑了功率品质因数，在400°C时达到173 MW cm-2的峰值，这被宣布为最佳退火温度。

蚀刻用于产生台面结构，导致所有退火温度下的阻断电压增加，并且归因于对表面缺陷的更广泛的修复。

该团队将3毫米乘3毫米的二极管封装在TO-254外壳中，使用并行密封和焊接工艺在氮气环境中保护该器件。对该器件进行基准测试表明，其功率品质因数为45兆瓦厘米-2，处于报告工作的最前沿。

吴说，许多用于基准测试的设备与它们的二极管不同，它们采用了复杂的终端结构。“虽然有一些面积相似、结构简单的设备，但它们的性能与我们的设备不符。”

该团队计划之一是加深对氧化退火提供的修复机制的理解。

“此外，我们的目标是研究氧气退火对台面终端的影响，”吴说。“例如，我们试图理解为什么当热氧化与台面终端相结合时，器件的击穿电压会显著增加。”

永霖光电-UVSIS-UVLED紫外线应用专家-独家发布