【CASICON 2021】南京大学叶建东：氧化镓双极型异质结功率器件研究

9月13-14日，“2021中国（南京）功率与射频半导体技术市场应用峰会（CASICON 2021）”在南京召开。本届峰会由半导体产业网、第三代半导体产业主办，并得到了南京大学、第三代半导体产业技术创新战略联盟的指导。

 

氧化镓是新兴超宽禁带半导体，具有禁带宽度大、击穿场强高、抗辐射损伤等优点，是超高压功率器件和深紫外光电子器件的优选材料等优点，也具有p型掺杂难、迁移率低、热导率低，无法实现双极型器件等短板。

会上，南京大学电子科学与工程学院教授、博导叶建东带来了题为“氧化镓双极型异质结功率器件研究”的主题报告，报告指出，目前Ga2O3基肖特基功率整流器件的击穿场强远低于材料理论极限，主要受肖特基势垒低所导致。p型宽禁带氧化物作为空穴传输层已在多个领域应用，但在双极型功率器件中尚未得到充分发挥。

 

氧化镓p-n异质结的双极型功率器件已有报道，如NiO/Ga₂O₃、CuI/Ga₂O₃、Cu₂O/Ga₂O₃、α-Ir₂O₃/α-Ga₂O₃等异质p-n结。

 

p型宽禁带氧化物半导体外延及氧化镓基p-n异质集成仍存在诸多问题亟需解决。比如亟需抑制位错、提高合金效率和调控物相的低成本外延技术，亟需抑制氧空位自补偿效应和调控价带电子能带结构的方法，异质界面质量难以控制，异质界面输运机理仍需进一步探索，缺乏p-n异质集成、发挥氧化镓器件高功率优势的解决方案等。

 

报告从p型NiO单晶薄膜室温外延、NiO/β-Ga₂O₃ p-n异质结界面特性、能带结构、陷阱隧穿，NiO/β-Ga₂O₃ p-n结功率二极管，集成NiO场限环的Ga2O3基HJBS，大电流NiO/β-Ga₂O₃ p-n功率二极管，斜台面终端NiO/β-Ga₂O₃ p-n功率二极管等角度，分享了最新研究进展。

 

报告指出，研究实现p型NiO单晶薄膜的室温外延，与Ga₂O₃形成p-n异质集成；明晰NiO/β-Ga₂O₃异质结构的电子能带结构和载流子界面输运机理；构筑低界面态密度NiO/β-Ga₂O₃ p-n功率二极管器件，并初步通过电路测试，具有高温、高功率、高效电能转换特性。研究成果有效规避氧化镓p型掺杂困难的难题，实现双极型器件设计，有效提高器件耐压和降低器件功耗。

 

 

叶建东，长期从事宽禁带氧化物半导体材料、物理与器件研究，主持和完成国家重点研发计划课题、国家优秀青年基金、江苏省杰出青年基金、江苏省重点研发计划等。在IEEE Power Electron. Dev., IEEE Electron Dev. Lett., IEEE Trans. Electron Dev., Appl. Phys. Lett等学术期刊上发表130余篇，受邀综述3篇，专著1章，申请/授权发明专利15/7项。