综述：克服氧化镓在功率器件应用中材料限制的研究进展

（编辑推荐）本综述系统阐述了超宽禁带半导体β-Ga2O3在功率器件领域的突破性进展，重点剖析了其高热击穿场强（>5 MV/cm）与低成本熔体生长（EFG/VB法）优势，同时揭示p型掺杂困境、低热导率及湿法刻蚀等产业化瓶颈，并创新性提出合金化（Al/Ir掺杂）与缺陷钝化等解决方案，为下一代高压功率电子器件发展提供战略路线图。

　　

晶体结构与氧化镓多晶型

作为第四代半导体核心材料，氧化镓(Ga₂O₃)存在α、β、γ、δ、ε、κ六种晶相，其中单斜晶系的β相在热力学稳定性与产业化成熟度上最具优势。理论计算显示β-Ga₂O₃的晶格参数a=12.23?，b=3.04?，其独特的[GaO₆]八面体层状结构赋予4.8 eV超宽禁带特性，较SiC和GaN更适合10 kV以上高压场景。

材料特性与性能优势

β-Ga₂O₃的巴利加优值（BFOM）高达3444，是SiC的10倍，这源于其8 MV/cm的临界击穿电场强度与可控n型掺杂（10¹⁶-10¹⁹ cm^-3）。但低本征热导率（11-27 W/mK）导致器件热积累问题，通过Al₂O₃/金刚石复合散热衬底可将界面热阻降低40%。

材料生长技术突破

边缘限定薄膜生长（EFG）法已实现6英寸β-Ga₂O₃衬底量产，单位成本降至320美元。分子束外延（MBE）制备的κ相异质结展现出2.1 cm²/Vs的空穴迁移率，为p型导电带来曙光。

产业化核心挑战

铱坩埚污染导致晶体微孔缺陷密度达10⁵ cm^-2，四甲基氢氧化铵（TMAH）湿法刻蚀各向异性比仅1.2:1。高温退火产生的半绝缘层（SIL）使接触电阻激增3个数量级。

创新解决方案

Al合金化将带隙调至5.3 eV，Ir掺杂实现受主能级浅化至150 meV。氢等离子体处理使V_Ga缺陷密度降低90%，激光辅助刻蚀实现0.1 nm级表面粗糙度。

未来技术路线

短期（5年）聚焦8英寸衬底与超结MOSFET开发，中期需突破Mg-N共掺杂p型工艺，长期需开发α相外延技术。通过多尺度仿真预测，2030年Ga₂O₃器件有望在智能电网与电动汽车领域实现千亿市场规模。