成果推介：氧化镓功率半导体晶圆关键技术产业化

本项目团队针对氧化镓功率半导体的生长特点，创新性地将喷雾法和CVD相结合，发展出超声辅助雾化CVD法，已申请10余项国家发明专利，并已成功开发出专用于氧化镓的mist-CVD设备。根据相关文献显示“国内公开发表文献中，除委托人前期研究成果外，未见与本项目研究内容相同的文献报道”，外延生长技术填补这一技术空白。项目创新特色在于提出发展创新的雾化输运CVD外延技术开发大尺寸、低成本和低位错缺陷密度氧化镓复合外延厚膜晶圆，将其推广至具有重大应用价值的功率器件应用领域，推动氧化镓基功率电子器件的发展和产业化进程，将在新兴超宽禁带功率半导体材料与器件领域形成一个产业化突破口。

此外，本项目团队研发的蓝宝石基氧化镓外延复合晶圆技术成熟度高。目前已开发出2英寸高质量蓝宝石基氧化镓外延复合晶圆（图3），具有和单晶材料相接近的晶体质量和缺陷密度，杂质浓度低、且电阻率可调等优点，关键质量指标上已接近甚或达到国际报道最好结果，而且生长周期短，产能高，无切片抛光等工艺要求。目前已经和国内功率电子材料和器件研制的优势单位，包括中电55所、北京大学、山东大学、西安电子科技大学、中科院微电子所、中科院半导体所等，开展合作研究和联合攻关，为他们提供试用型产品。

图3 蓝宝石基氧化镓半导体晶圆

在氧化镓器件制备方面，本项目团队实现了氧化镓基高功率异质结二极管的制备，并且对二极管器件进行了高可靠性TO-257封装（图4左）。器件正向导通电流可达到70 A，反向击穿电压可达到1.95 kV，具有纳秒级别快速反向恢复能力，同时具有高整流比以及高温（275 oC）工作能力。为进一步研究器件在实际电路系统中的应用能力，在国际上率先将封装后Ga2O3功率二极管应用到PFC电路中（图4右），展示出高达98.5%的功率转换效率，超过硅的快速恢复二极管（FRD），接近于目前商用的1.2 kV的SiC肖特基二极管。器件在1.2 kV峰值电压下动态击穿超过100万次后仍然正常工作，展示出器件坚固耐用的高可靠性，综合性能在国际上处于领先地位，满足功率器件应用的商业要求。

图4  封装后Ga2O3基功率二极管以及系统级应用验证电路