【会员论文】ASS丨宁波大学、宁波材料所、甬江实验室、杭州镓仁半导体：基于薄ITO中间层室温制备欧姆接触的1.75 kV垂直结构β-Ga₂O₃肖特基势垒二极管

        由宁波大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、甬江实验室、杭州镓仁半导体的研究团队在学术期刊Applied Surface Science发布了一篇名为1.75-kV Vertical β-Ga₂O₃ Schottky Barrier Diodes with Room-Temperature Ohmic Contact Formation by a Thin ITO Interlayer（基于薄 ITO 中间层室温制备欧姆接触的 1.75 kV 垂直结构 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管）的文章。

        β-Ga₂O₃ 凭借 4.8 eV 的超宽禁带宽度与 8 MV/cm 的高击穿场强，在高压、高频功率电子领域引发广泛研究关注。其理论巴利加优值（BFOM）约为 3400，远高于碳化硅与氮化镓。该优异优值表明 β-Ga₂O₃ 在功率器件中极具应用潜力，可实现高击穿电压与低比导通电阻的良好平衡。此外，商业化熔体生长体衬底的可获得性，结合成熟的 n 型掺杂技术，使 β-Ga₂O₃ 成为高质量同质外延生长与大规模器件制备的优选材料。

        研发兼具超低接触电阻、对漂移层损伤极小且高性价比的欧姆接触，是实现高性能 β-Ga₂O₃ 功率器件的关键需求。本文报道了一种基于轻掺杂 β-Ga₂O₃ 单晶衬底、采用室温溅射制备欧姆接触的 1.75 kV 垂直结构肖特基势垒二极管。采用 SiO₂ 场板结构的 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管实现了 0.93 eV 的肖特基势垒高度与 1.75 kV 的击穿电压，但直接采用 Ti/Au 双层电极时阴极侧存在较大接触电阻。在 β-Ga₂O₃ 漂移层与 Ti/Au 电极之间引入 20 nm 厚的 ITO 中间层，可实现良好欧姆接触，其比接触电阻率为 2.6×10^-5 Ω・cm²，理想因子为 1.10。该方法将 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管的比导通电阻从 1580 mΩ・cm² 大幅降低近两个数量级至 26 mΩ・cm²。薄重掺杂 ITO 中间层可引发陡峭能带弯曲并形成窄耗尽区，促成以场发射为主的隧穿输运，进而形成更理想的欧姆接触。该室温欧姆接触策略有望推动 β-Ga₂O₃ 功率器件的产业化应用。

        • 在轻掺杂 β-Ga₂O₃ 衬底上实现室温溅射 ITO 中间层制备低阻欧姆接触。

        • 20 nm ITO 中间层使器件比导通电阻降低近两个数量级，同时保持 1.75 kV 高击穿电压。

        • ITO 中间层通过诱导陡峭能带弯曲与窄耗尽区，实现场发射主导的高效载流子隧穿输运。

        本文通过室温溅射引入 20 nm 重掺杂 ITO 中间层，制备出基于 β-Ga₂O₃ 衬底、低欧姆接触电阻的 1.75 kV 垂直结构肖特基势垒二极管。薄重掺杂 ITO 中间层引发陡峭能带弯曲与窄耗尽区，实现以场发射为主的隧穿输运与更高效的载流子传输。该方法有效解决了轻掺杂 β-Ga₂O₃ 与 Ti/Au 接触电阻过大的问题，阴极欧姆接触电阻率低至 2.6×10^-5 Ω・cm²。引入 20 nm ITO 中间层后，垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管的比导通电阻从 1580 mΩ・cm² 大幅降低近两个数量级至 26 mΩ・cm²，同时保持 0.93 eV 的肖特基势垒高度。该室温欧姆接触策略为高性能、产业化的 β-Ga₂O₃ 功率器件提供了实用且可规模化的技术路径。

        本工作得到国家自然科学基金（项目编号：62204244）、浙江省自然科学基金（项目编号：LQ23F040003）资助，部分研究得到宁波甬江人才引育计划（项目编号：2021A-046-C）支持。

图1. (a) 500 μm 厚轻掺杂 (100) 晶向 β-Ga₂O₃ 衬底及制备完成的肖特基二极管顶视图；(b) 室温磁控溅射沉积 ITO 中间层；(c) 带有 SiO₂ 场板的最终二极管结构。

图2. (a) Ti/Au 与轻掺杂 β-Ga₂O₃ 直接接触（上）、ITO 中间层接触（下）的独立圆形传输线模型（CTLM）截面示意图；(b) β-Ga₂O₃/Ti/Au 直接接触的 I-V 特性；(c) β-Ga₂O₃/ITO/Ti/Au 接触的欧姆特性 I-V 曲线；(d) 20 nm ITO 中间层的 β-Ga₂O₃/ITO/Ti/Au 接触比接触电阻率提取；(e) 以热电子发射（TE）为主的 β-Ga₂O₃/Ti/Au 接触载流子输运机制与能带示意图；(f) 以场发射（FE）为主的 β-Ga₂O₃/ITO/Ti/Au 接触载流子输运机制与能带示意图。

图3. (a) 沉积在 β-Ga₂O₃ 衬底上 20、60、90 nm 厚 ITO 薄膜的 XRD 图谱；(b) 对应 XRR 曲线；(c) AFM 表面形貌图及均方根粗糙度；(d) 连续 20 nm ITO 的 CTLM 结构典型 I-V 特性，插图为电流经 ITO 层横向输运示意图；(e) 不同厚度 ITO 的总电阻 R_T 与电极间距 d 关系；(f) 提取的比接触电阻率随 ITO 厚度变化曲线。

图4. (a) 用于确定轻掺杂衬底载流子浓度的 C-V 特性；(b) 无 ITO 与 20 nm ITO 中间层的两种氧化镓功率二极管正向电流 - 理想因子特性；(c) 无 ITO 器件的线性尺度正向 J-V 与微分比导通电阻；(d) 20 nm ITO 器件的线性尺度正向 J-V 与微分比导通电阻。

图5. (a) 298–473 K 下含 20 nm ITO 肖特基二极管的对数尺度正向特性；(b) 线性尺度正向特性及对应比导通电阻；(c) 提取的随温度变化的理想因子与肖特基势垒高度；(d) 提取的随温度变化的比导通电阻；(e) 含 20 nm ITO 二极管的反向特性；(f) 本文器件与已报道垂直 β-Ga₂O₃ 二极管的比导通电阻 - 击穿电压性能对比。

DOI：

doi.org/10.1016/j.apsusc.2026.167007