氧化镓Ga2O3比氮化镓GaN还具发展潜力

在2002年5月，Lester F. Eastman和Umesh K. Mishra在IEEE Spectrum曾提出了当时功率半导体领域一项长期发展的技术：氮化镓（GaN）。他们对GaN在当时新生的宽频无线网路、雷达以及用于电网的电源开关应用中的前景表示相当乐观。并将GaN器件称为“迄今为止最坚固的晶体管”。

如今，GaN已成为固态射频功率应用领域无可争议的冠军，它也已经出现在雷达、5G无线领域，并很快将在电动车中使用的功率逆变器中普及。现在，人们甚至可以随意购买基于GaN器件设计的USB充电器，在其紧凑的尺寸中，提供了显著的高功率水准。

不过，随着透明的导电氧化物──氧化镓（Ga2O3）出现，这让这一情况变得可能。凭借着氧化镓Ga2O3在接近5电子伏特的宽能隙(WBG)，领先GaN（3.4eV），也比硅（1.1eV）更具有大幅度优势。虽然金刚石和氮化铝的能隙比较大，但它们不具有氧化镓的特性，那就是可以制造出廉价但功能强大的器件。

简单来说，仅仅只有材料具有宽带隙是不够的，例如：所有电介质和陶瓷都拥有更大宽带隙，但是只能用作绝缘体。但是氧化镓具有独特的特性组合，使其有用，可作为功率开关和RF电子设备的材料候选。

在对半导体至关重要的五个特性中，高临界电场强度是β-氧化镓的最大优势。这有助于打造出高压开关，也可能意味着可设计出功能强大的RF设备。但是，β-氧化镓的最大缺点是导热系数低，这意味着热量可能会滞留在设备内部。

此外，氧化镓还有一个不错的特性，藉由掺杂（Doping）流程可以向其添加电荷载流子，增加其导电性。氧化镓可以采用现存已建立的商业光刻和加工技术，以离子注入的标准制程，以及在外延生长过程中沉积的杂质来添加掺杂剂。

氧化镓的另一个优点，就是在大型晶圆的结晶的氧化镓实际上非常容易制造。日本的Novel Crystal Technology公司已经展示了150毫米的β -氧化镓晶片。

在日本资讯和通讯技术（NICT ）研究所的Masataka Higashiwaki ，是第一个意识到β -氧化镓在电源开关应用中具有潜力的人。其于2012年报告，有关于首颗单结晶的β-氧化镓晶体管后，震惊了整个功率器件领域。

尽管这些进展令人鼓舞，但氧化镓不太可能，在每种射频应用中挑战GaAs或GaN。

此外，有几个问题必须克服，首先是Ga2O3导热性不好；其次是只能使氧化镓传导电子而不是空穴。不过，专家认为Ga2O3性能潜力仍大大超过了其问题，所以仍是值得关注的技术。获取更多前沿科技 研究访问：https://byteclicks.com