0 引言

    氧化鎵(Ga₂O₃)作為新興的第三代寬禁帶半導體，具有超寬禁帶、高擊穿場強等優點。它是一種透明的氧化物半導體材料，由于其優異的物理化學特性、良好的導電性以及發光性能，在功率半導體器件、紫外探測器、氣體傳感器以及光電子器件領域具有廣闊的應用前景^[1]。傳統Ga₂O₃主要應用于Ga基半導體的絕緣層以及紫外濾光片，目前國內外研究熱點主要聚焦于大功率器件^[2]。Ga₂O₃有5種晶體結構，分別為斜方六面體(α)、單斜晶系(β)、缺陷尖晶石(γ)、立方體(δ)以及正交晶體(ε)。β-Ga₂O₃因為高溫下的穩定性，所以逐漸成為近幾年來國內外的研究熱點^[3]。β-Ga₂O₃主要有以下優點：(1)β-Ga₂O₃的禁帶寬度為4.8～4.9 eV，擊穿場強高達8 MV/cm。巴利加優值是低損失性能指標，而β-Ga₂O₃的巴利加優值高達3 400，大約是SiC的10倍、GaN的4倍[4]。因此，在制造相同耐壓的單極功率器件時，元件的導通電阻比SiC、GaN低得多，極大降低器件的導通損耗；(2)可以利用區熔法(Fz)、直拉法(Cz)、邊緣定義的薄膜饋電生長(EFG)等熔融法^[5]來生長大尺寸、高質量的β-Ga₂O₃本征單晶襯底材料，可以從大塊單晶中得到Ga₂O₃晶片。相比較SiC和GaN生長技術，更容易獲得高質量、低成本的單晶材料；(3)可以利用分子束外延(MBE)、金屬氧化物化學氣相沉積(MOCVD)、射頻(RF)磁控濺射等方法生長高質量氧化鎵外延層^[6]。可以對Ga₂O₃外延層進行n型摻雜，相較于金剛石、SiC等其他半導體材料，方法更為簡單。

    但是β-Ga₂O₃的電子遷移率和熱導率較低，限制了其在高頻大功率器件的應用。本文主要介紹國內外氧化鎵的場效應晶體管(FET)的研究進展，對Ga₂O₃功率器件存在的問題進行了思考與總結。

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作者信息:

高燦燦1，馬  奎1，2，楊發順1，2

(1.貴州大學 大數據與信息工程學院，貴州 貴陽550025；

2.半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽550025)