洪茂峰 / 成功大學電機系
高功率電晶體常須工作於高溫高輻射(如高於600℃或太空應用)的環境，而高能隙材料因其產生電子-電洞對所需的能量較大，且其頗大的異質接面能隙不連續特點，也凸顯出了它們抗輻射的能力以及可工作於高溫的優勢，故使用高能隙的材料，如GaN、AlN、AlGaN、BN、SiC與β-Ga2O3或它們的異質接面結構等，就成為了電子系統應用於極端環境下可堪大用的重要標的。
目前，在高功率電晶體的應用上獨領風騷的為GaN FET，但仍不斷有新的結構出現，如有研究發現，GaN 若搭配了高Al含量的AlGaN並以高K的絕緣材料為介面所製成的MISHFET，其元件功率輸出可以有甚佳的表現，惟其可靠性則不甚理想，似乎與某些製程的參數有關，如高介電材料的選擇、製程引致的微機械應力、製程溫度等都會影響閘極邊緣耐壓的程度，或使通道輸出電性變差。因此，詳細探討這些因素對元件的影響將是製作高可靠性功率電晶體的關鍵。
β-Ga2O3具有良好的化學與熱穩定性，而且能隙值高達4.5-4.9 eV，理論崩潰電場也甚大，6-8 MV/cm，故預期其Baliga FOM可數倍於當紅的GaN 或 4H-SiC，而且其功率FOM(Eb2/RON)表現應該也很優異，極適用於高功率及射頻的應用，故被稱為是第四代半導體，顯見對其期望之深。然，經多方研究將其實際製成元件後，發現其特性受寄生電阻的影響甚大，不但劣化了元件的表現，也使其可靠性讓人詬病，顯然還不足以扛起所謂「第四代半導體」的美譽。 當然，文獻對此困擾的起因及對策的研究也不少，以下謹針對此議題最新的研發狀況作一簡介，期能有助於國內研發Ga2O3高功率高性能電晶體的相關團隊。
Ga2O3 與 AlGaO 磊晶材料的成長
單晶的β-Ga2O3 基板可以很容易的以低成本的液相CZ法合成，但高品質的β-Ga2O3 薄膜與其三元合金(AlxGa1-x)2O3 膜的成長就需要藉助MOCVD技術的幫忙了。已有文獻報導：若適當的控制背景環境，可得到載子移動率高達 194 cm2/V·s (室溫)與近10,000 cm2/V·s (低溫) 的n型 β-Ga2O3， 由於低損耗與高切換速度的要求，Schotty二極體需具備極低的RON 電阻與極短的恢復時間。前述的成果舖陳了高整流性的n型 β-Ga2O3 Schotty二極體成功的希望，也導引出高崩潰電壓、2 KV與大於30 A順向電流的高整流性Schotty二極體的實現。
另一方面，成長 β-(AlxGa1-x)2O3 也是一個重要議題，因為高Al 含量時，(AlxGa1-x)2O3/Ga2O3 異質接面的能隙不連續(Band Offset) 也愈大，而使介面二維電子雲(2DEG)電荷濃度增加，此一效應將有助於阻擋聲子的散射而增強電子的移動能力，其角色有若AlGaAs/GaAs配對，故預期對 β-Ga2O3高功率電晶體的應用發展將有重要的輔助功能。然而，Al含量若愈多將增大其與Ga2O3的晶格不匹配，又，在氣相成長時Al與Ga的黏著係數(Sticking Coefficient)差異甚大，故Al含量愈多，缺陷也會增加。這些因素都不利於高Al含量β-(AlxGa1-x)2O3 的成長，使得有關β-(AlxGa1-x)2O3 的相關研究進展很有限。如Al併入 β-(AlxGa1-x)2O3 的熱力學相圖為何？Al在 β-(AlxGa1-x)2O3的溶解度有無上限？(AlxGa1-x)2O3 中n-型雜質的攙雜濃度與Al含量有關否？又(AlxGa1-x)2O3 中載子的傳導特性為何？這些知識都尚待加強，也對 β-Ga2O3元件的應用發展很重要。
P 型β-Ga2O3 的困擾
P型β-Ga2O3 的成長，由於其P型雜質活化能大於 1 eV，電洞的有效質量也較大，大量的狀態密度造成嚴重的電洞捕捉特性，使其難以得到理想的 p- Ga2O3材料，當然也困擾了p-n 接面Ga2O3 元件的製作。 對此困難有人提出可以用異質接面的方式來實現。文獻中提出的候選材料有p- NiO、 p- Cu2O或一些 p型的三族氮化物，如GaN 或 AlN等，有些接面結構的效果很傑出，如 NiO/β-Ga2O3 p-n整流結構的崩潰電壓可達4.7 KV。
有意思的是，三族氧化物/三族氮化物一向就是很搭的哥倆好，它們不但好配對而且也能產生新的功能，更理想的是，它們還可以彼此互相磊晶成長，所以也被列入P型 β-Ga2O3 的替代材料，如MOCVD 磊晶的GaN與 β- Ga2O3之接面不匹配就小於5%，所以有些研究就以此接面成功的製作了LED。這只是牛刀小試，最近---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。