【国际时事】β-Ga₂O₃器件的液体雾化外延法

利用液体雾化外延法（mist epitaxy）生产的β-Ga₂O₃ MESFET验证了这种低成本生长技术的前景

        在理想情况下，化合物半导体器件用相对简单的设备在同质衬底上生产，可提供低成本制造、高性能芯片的机会。

        可惜的是，对于大多数类别的化合物半导体器件来说，不可能同时满足这两个条件。不过据称，日本的京都大学、名古屋大学和松下公司合作，用β-Ga₂O₃制造出的功率晶体管可以满足这些要求。

        他们声称，使用雾化学气相沉积（mist CVD）法在同质衬底上生产出的β-Ga₂O₃，提供了新途径，这是一种低成本生长技术，比MBE和MOCVD简单得多，并且已经被日本公司Flosfia用来制造基于蓝宝石衬底的α-Ga₂O₃功率器件。

        此次合作的发言人、京都大学的Shizou Fujita告诉《化合物半导体》，该团队借鉴以前使用雾化气相沉积法的经验，能够生长透明导电氧化物（例如ZnO）。

        Fujita评论道：“其中一个挑战是将这种简单且经济高效的技术应用于半导体晶体的生长，这需要极低的杂质掺入和平滑的表面”。

        他补充说，有个好处是不用再像GaAs、InP、SiC和GaN那样将氧作为杂质。然而，仍然存在一些需要解决的障碍，例如杂质掺杂、设计雾化气相沉积反应器，将雾粒平稳地引入反应管而不发生冷凝。

        Fujita及其同事通过将半绝缘β-Ga₂O₃ (010)衬底装入自制的热壁型雾化气相沉积系统并沉积n型Ga₂O₃层来生产MESFET。提供n型掺杂剂的镓和硅的前驱体是（乙酰丙酮）镓和氯-（3-氰基丙基）-二甲基硅烷。利用氧载体和稀释气体，该团队将前驱体雾供应至卧式反应器，加热至700°C至800°C。

        高温降低了生长速度。因此，该团队选择了750°C的生长温度，其生长速率仅为750 nm/hr，远低于另一个小组报告的3.2 μm/hr的值，该小组通过雾化气相沉积法，使用了镓浓度更高的前驱体来制备Ga₂O₃薄膜。

        β-Ga₂O₃ MOSFET在跨导和漏极电流方面可提供有竞争力的性能，但存在与夹断和击穿电压相关的问题。

        β-Ga₂O₃ MOSFET在跨导和漏极电流方面可提供有竞争力的性能，但存在与夹断和击穿电压相关的问题。

        在生长200 nm厚的β-Ga₂O₃层后，Fujita及其同事通过传统光刻和电感耦合等离子体-反应离子蚀刻制作了台面结构，然后使用硅注入形成源极和漏极区域。在向这两个区域添加Ti/Au金属层后，该团队沉积了60 nm厚的SiN钝化层，随后通过栅极区域中的电感耦合等离子体-反应离子蚀刻进行蚀刻，以允许添加Ti/Pt/Au接触层。最后，这种形式的蚀刻去除了栅极和漏极区域上方的SiN钝化层。

        利用Van der Pauw方法进行的电测量确定了迁移率为80 cm2 V^-1 s^-1，据称与MBE和MOCVD生长的β-Ga₂O₃薄膜相当或仅略低一点。最大跨导达到46 mS mm^-1，漏极电流峰值高达到240 mA mm^-1，基本反映了Ga₂O₃的特性。

        然而，一些器件没有表现出夹断，这表明对n-Ga₂O₃和衬底之间界面处的漏电路径的抑制不够。其他缺点是击穿电压仅为195 V，导通电阻为30Ωmm，这些问题可以通过优化器件结构和生长条件来解决。

        另一个问题是很难获得低于10¹⁷ cm^-3的载流子浓度，这对于常关晶体管和提供高击穿电压的器件是必需的。

        Fujita表示：“在雾化气相沉积中，源化学品或石英管中的非故意掺杂是下一阶段需要解决的问题”。