3 kV 级 β-Ga2O3 横向 MOSFETs：通过臭氧生长半绝缘缓冲层实现优异的高温漏电抑制

《IEEE Transactions on Electron Devices》：3 kV-Class β-Ga2O3 Lateral MOSFETs With Superior High-Temperature Leakage Suppression Enabled by an Ozone-Grown Semi-Insulating Buffer Layer

　　摘要：超宽禁带β-Ga?O?在下一代高压电力电子领域具有巨大前景，然而其在高温下的过早击穿和过大的关态漏电严重制约了其实用化应用。本研究通过在横向β-Ga?O? MOSFET中引入O?辅助生长的半绝缘缓冲层来解决这一关键挑战。光致发光光谱分析表明，该缓冲层中存在高密度的深能级受主缺陷，具体为Ga空位和Ga-O双空位复合体，这些缺陷能有效补偿热激活载流子并抑制漏电路径。采用该缓冲层的器件在脉冲激光沉积（PLD）生长的无场板横向β-Ga?O? MOSFET中实现了超过3 kV的创纪录击穿电压，其比导通电阻为206.84 mΩ·cm2。此外，在200 °C的工作温度下，与无缓冲层器件相比，关态漏电流降低了近两个数量级。温度依赖的电流-电压测量和TCAD仿真表明，优异的高温绝缘性能源自O?生长的缓冲层中的深能级缺陷（2.4–3.1 eV），这与传统衬底中较浅的Fe相关受主能级（~0.8 eV）形成鲜明对比。本研究证明，通过缺陷工程调控的缓冲层为β-Ga?O?横向功率器件实现优异的高温稳定性提供了一条可行且具有可扩展性的技术途径。