氧化鎵半導體器件領域研究取得重要進展

2022年12月12日，記者從中國科學技術大學獲悉，日前在美國舊金山召開的第68屆國際電子器件大會（IEEE IEDM）上，中國科大國家示范性微電子學院龍世兵教授課題組兩篇關于氧化鎵器件的研究論文（高功率氧化鎵肖特基二極管和氧化鎵光電探測器）被大會接收。

IEEE IEDM是一個年度微電子和納電子學術會議，是報告半導體和電子器件技術、設計、制造、物理和建模等領域的關鍵技術突破的世界頂級論壇，其與ISSCC、VLSI并稱為集成電路和半導體領域的“奧林匹克盛會”。

如何開發出有效的邊緣終端結構，緩解肖特基電極邊緣電場是目前氧化鎵肖特基二極管研究的熱點。由于氧化鎵P型摻雜目前尚未解決，PN結相關的邊緣終端結構一直是難點。龍世兵課題組基于氧化鎵異質PN結的前期研究基礎，將異質結終端擴展結構成功應用于氧化鎵肖特基二極管。該研究通過合理設計優化JTE區域的電荷濃度，確保不影響二極管正向特性的同時最大化削弱肖特基邊緣電場，從而有效提高器件的耐壓能力。優化后的器件實現了2.9 mΩ·cm2的低導通電阻和2.1 kV的高擊穿電壓，其功率品質因數高達1.52 GW/cm2。此外，利用該優化工藝成功制備并封裝了大面積的氧化鎵肖特基二極管，器件正向偏壓2 V下電流密度達到180 A/cm2，反向擊穿電壓高達1.3 kV。

光電探測器在目標跟蹤、環境監測、光通信、深空探索等諸多領域發揮著越來越重要的作用。響應度和響應速度是光電探測器的兩個關鍵的性能參數，然而這兩個指標之間存在著制約關系，此消彼長。龍世兵團隊通過引入額外的輔助光源實現對向光柵（OPG）調控方案，來緩解上述制約關系。

該工作提出了一種光電探測器芯片內千萬像素共享一顆輔助LED即可緩解響應度與響應速度之間的制約關系的策略，對光電探測芯片綜合性能的提升有重要參考意義。