氧化镓半导体器件，中国再获重要进展

高功率氧化镓肖特基二极管CvPesmc

如何开发出有效的边缘终端结构，缓解肖特基电极边缘电场是目前氧化镓肖特基二极管研究的热点。由于氧化镓P型掺杂目前尚未解决，PN结相关的边缘终端结构一直是难点。该工作基于氧化镓异质PN结的前期研究基础，将异质结终端扩展结构成功应用于氧化镓肖特基二极管。CvPesmc

该研究通过合理设计优化JTE区域的电荷浓度，确保不影响二极管正向特性的同时最大化削弱肖特基边缘电场，从而有效提高器件的耐压能力。CvPesmc

优化后的器件实现了2.9mΩ·cm2的低导通电阻和2.1kV的高击穿电压，其功率品质因数高达1.52GW/cm2。此外，利用该优化工艺成功制备并封装了大面积的氧化镓肖特基二极管，器件正向偏压2V下电流密度达到180A/cm2，反向击穿电压高达1.3kV。CvPesmc

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▲图1结终端扩展氧化镓肖特基二极管CvPesmc

（a）器件结构示意图。（b）具有不同JTE区域电荷浓度的器件击穿特性比较。（c）封装器件反向恢复特性测试电路。（d）与已报道的氧化镓肖特基二极管的性能比较。CvPesmc

氧化镓光电探测器CvPesmc

光电探测器在目标跟踪、环境监测、光通信、深空探索等诸多领域发挥着越来越重要的作用。响应度和响应速度是光电探测器的两个关键的性能参数，然而这两个指标之间存在着制约关系，此消彼长。CvPesmc

由于缺乏成熟的材料缺陷控制技术，该问题在以氧化镓材料为代表的超宽禁带半导体探测器中尤为突出。龙世兵教授团队通过引入额外的辅助光源实现对向光栅（OPG）调控方案（图2a），来缓解上述制约关系。CvPesmc

该OPG方案下的Ga2O3/WSe2结型场效应晶体管探测器在目标光（深紫外）照射下表现出负向光栅效应（NPG），器件的阈值电压往负向移动（图2b）；与之相反，辅助光源（可见光）照射使器件表现出正向光栅效应（PPG），器件的阈值电压往正向移动；在目标光及辅助光同时照射下，器件整合了正、负对向光栅效应，但总体表现为阈值电压朝负向移动。OPG方案有效抑制器件内严重的持续光电导效应，器件的响应速度明显提升（图2c）。CvPesmc

此外，如图（2d）所示，OPG调控方案中引入的辅助性可见光对器件的光/暗电流比和响应度等关键指标几乎不产生影响。最终，当OPG方案中的可见光常开，在仅牺牲10.4%的响应度的情况下即实现了>1200倍响应速度的提升，成功削弱了响应度和响应速度之间的制约关系。CvPesmc

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图2对向光栅（OPG）光电探测器概念及基本特性CvPesmc

特别地，当通过反馈电路控制辅助光源仅在器件响应的下降沿触发，将在无响应度牺牲的情况下实现响应速度的数量级提升。该工作提出了一种光电探测器芯片内千万像素共享一颗辅助LED即可缓解响应度与响应速度之间的制约关系的策略，对光电探测芯片综合性能的提升有重要的参考意义。CvPesmc

‍研究成果以“Alleviating the Responsivity-Speed Dilemma of Photodetectors via Opposite Photogating Engineering with an Auxiliary Light Source beyond the Chip”为题发表在IEDM 2022上。CvPesmc