新成果！深圳大学刘新科团队：宽禁带半导体功率器件领域取得突破性进展

本次入选的三篇论文工作如下：

1.He离子注入终端实现3kV氧化镓功率二极管

本研究报道了一种高稳定性的垂直结构NiO/β-Ga₂O₃异质结二极管，该器件实现了3kV的高击穿电压和3.10 GW/cm²的巴利加优值。团队创新性地采用氦原子注入技术构建了高效低损伤的边缘终端结构，有效抑制了异质结PN结处的高电场聚集，将Ga₂O₃异质结二极管的击穿电压从1330 V提升至3000 V。通过拟合分析反向漏电机制，揭示了氦离子注入器件的独特击穿特性。进一步采用氧气退火工艺，将器件的比导通电阻从5.08 mΩ·cm²显著降低至2.90 mΩ·cm²，并提升了器件稳定性。研究成果以“3 kV/2.9 mΩ·cm²β-Ga₂O₃Vertical p–n Heterojunction Diodes with Helium-implanted Edge Termination and Oxygen Post Annealing”为题目发表在IEEE ISPSD 2025上并作现场口头汇报，第一作者为博士生韩甲俊。

图2.具有He离子注入终端的β-Ga₂O₃HJDs（a）截面示意图和制造关键工艺，（b）反向击穿特性曲线。

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2. GaO_x界面工程实现高性能氮化镓MOS电容器

在本研究中，团队采用氢化物气相外延技术，成功生长了低位错密度（~1.5×10⁶cm^-2）的单晶氮化镓衬底及其外延层，这些材料被用于制造高质量的垂直氮化镓MOS电容器。团队成功引入了一种界面技术，通过等离子体增强原子层沉积在Al₂O₃/GaN界面处沉积一层薄薄的氧化镓作为中间层。实验结果显示，这些器件的界面陷阱密度（D_it）低至~8×10¹⁰cm^-2eV^-1，且V_FB迟滞仅为50 mV。引入GaO_x界面技术不仅有效抑制了栅极漏电流，还钝化了氮和氧相关的空位及悬挂键。这一方法为垂直氮化镓MOSFET的制造提供了新的方法。研究成果以“Enhancing Key Performance of Vertical GaN MOSCapacitors through GaO_x Interface Technology”为题目发表在IEEE ISPSD 2025上，第一作者为硕士生林锦沛。

图3.具有GaO_x界面层的垂直GaN MOS电容（a）结构示意图及关键工艺，（b）器件的界面态密度参数提取。

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2.高性能垂直p-NiO/n-GaN功率二极管

本研究报道了一种高性能的垂直p-NiO/n-GaN异质结二极管。通过氢化物气相外延技术生长的低位错密度氮化镓晶圆，N面经氧气等离子体处理（OPT）有效缓解了费米能级钉扎效应，并钝化了表面，使接触电阻（ρ_c）降至3.84×10^-6Ω·cm²。通过氧气后退火处理溅射的氧化镍薄膜，优化了异质结界面。因此，击穿电压提升至1135 V，优值（FOM）达到0.23 GW/cm²，导通状态电阻降至5.7 mΩ·cm²。研究成果以“Enhancing Key Performance of Vertical p-NiO/n-GaN Heterojunction Diodes through Plasma Treatment and Oxygen Post-Annealing”为题目发表在IEEE ISPSD 2025上，硕士生黄烨莹、王敏为文章的共同第一作者。

图4.（a）NiO/GaN垂直pn HJD的结构示意图，（b）之前报道的NiO/GaN PND的FOM与击穿电压的对比。

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以上研究成果得到了中国国家重点研发计划（2024YFE0205100）、广东省基础与应用基础研究重大专项（2023B0303000012）、广东省杰出青年科学基金（2022B1515020073）、深圳市科技计划（KJZD20240903102738050）以及深圳大学科学仪器开发项目（2024YQ003）的财政支持。