碳化硅上超宽禁带Ga$_2$O$_3$ MOSFET

基于$\beta$-Ga$_2$O$_3$的超宽禁带半导体有望比当今的宽禁带功率半导体实现更高的功率开关性能、效率和更低的制造成本。然而，Ga$_2$O$_3$电子器件商业化最关键的挑战是过热，这会影响器件的性能与可靠性。我们使用熔融键合方法制备了Ga$_2$O$_3$/4H-SiC复合晶圆。开发了一种基于低温（LT）金属有机气相外延的低温（$\le$ 600 $^{\circ}$C）外延与器件工艺方法，用于在复合晶圆上生长Ga$_2$O$_3$外延沟道层并随后制备成Ga$_2$O$_3$功率MOSFET。该低温方法对于保持复合晶圆的结构完整性至关重要。这些低温生长的外延Ga$_2$O$_3$ MOSFET展现出高热性能（沟道温度降低56%）、高达2.45 kV的高耐压能力，以及$\sim$ 300 MW/cm$^2$的功率优值，这是迄今报道的任何异质集成Ga$_2$O$_3$器件中的最高纪录。本工作是首次在具有高传热性能的复合衬底上实现多千伏同质外延Ga$_2$O$_3$功率MOSFET，其运行温度远低于原生衬底上的器件，同时提供最先进的功率密度值。热表征与建模结果表明，减薄Ga$_2$O$_3$厚度（$\sim$ 1 $\mu$m）并减薄键合中间层（$<$ 10 nm）的Ga$_2$O$_3$/金刚石复合晶圆可将器件热阻抗降低至低于当今GaN-on-SiC功率开关的水平。