基於β-氧化鎵的金屬氧化物場效電晶體引入AlGaO間隔層技術 大幅提升性能 秀高功率元件應用潛力

【台灣台北–2025年4月17日】鴻海研究院（Hon Hai Research Institute, HHRI）半導體所與陽明交通大學及德州大學奧斯汀分校進行跨國合作，投入第四代半導體的前瞻研究，近日已在衛星通訊及高功率元件領域取得顯著突破！近期的研究成果已發表在國際頂級期刊《Applied Surface Science Advances》以及《ACS Applied Electronic Materials》，深獲學術界與產業界肯定。

第四代半導體指的是超寬能隙（Ultra-Wide Bandgap, UWBG）半導體材料，如鑽石、AlN、β-Ga₂O₃。相較於前三代半導體，它們具有更寬的能隙（bandgap），通常大於 3.4 eV，使其在高功率、高頻、高溫環境下表現更優異。第四代半導體可應用於電動車與快充技術、高壓電力設備、太空與航太科技。

鴻海研究院半導體所所長暨陽明交大講座教授郭浩中所長與半導體所蕭逸楷博士及半導體所研究團隊，攜手國立陽明交通大學洪瑞華講座教授研究團隊及德州大學奧斯汀分校微電子中心主任Xiuling Li教授研究團隊開展前瞻研究合作，首次成功製作出具備β-Ga₂O₃/(Al₀.₁₃Ga₀.₈₇)₂O₃結構的橫向場效電晶體。研究團隊透過優化β-Ga₂O₃的厚度和摻雜濃度，實現了高開態電流（Iₒₙ）、低開態電阻（Rₒₙ）以及高達10⁷以上的開關比，展現出優異的二維電子氣（2DEG）特性。

研究團隊從材料特性與製程研發角度出發，探討氧氣流量對MOCVD成長的β-Ga₂O₃異質磊晶層及其增強型MOSFET性能的影響，研究發現增加氧氣流量可適時降低氧空位比例，改善結晶品質並減少鋁擴散，提升熱穩定性與元件特性。特別值得一提的是，採用高摻雜β-Ga₂O₃/(Al₀.₁₃Ga₀.₈₇)₂O₃結構的元件，可提升近70倍的飽和電流（Iᴅ,ₛₐₜ），並與增加一倍的崩潰電壓。這些突破主要得益於AlGaO層有效降低漏電流密度並促進2DEG形成，為高功率應用的實現奠定基礎。

國立陽明交通大學洪瑞華教授表示：「β-氧化鎵因其超寬能隙（4.8-4.9 eV）和高崩潰電場強度（8 MV/cm），在高功率電子元件領域具有無可比擬的優勢。我們的研究不僅提升了元件的電流驅動能力和耐壓性，更透過精確的成長參數與結構設計，為未來產業應用開闢了新道路。」

鴻海研究院半導體研究所所長郭浩中進一步指出：「此項技術的突破展現了鴻海在半導體領域的深厚研發實力。我們很高興與陽明交通大學合作，將學術研究轉化為產業應用潛力，特別是在高壓、高頻元件的需求日益增長的背景下，這項成果將為通訊及高功率等領域帶來深遠影響」。蕭逸楷組長則補充：「模擬與實驗數據的高度一致性，證明了我們在材料與元件設計上的精準掌握，這對於後續技術轉移至量產至關重要。」

圖一、在 Ga₂O₃金屬氧化物場效電晶體（MOSFET）中引入 AlGaO 間隔層。研究成果顯示 AlGaO 作為緩衝層可改善器件的性能，例如提升載子傳輸特性、降低漏電流或增強擊穿電壓。

研究成果引入AlGaO層誘導2DEG形成，先使用TCAD模擬證實AlGaO層引入後的能帶彎曲與2DEG形成，模擬結果與實驗數據高度吻合；再結合實驗驗證利用MOCVD技術在藍寶石基板上成長β-Ga₂O₃磊晶層，製作出橫向場效電晶體（FET）。透過引入β-Ga₂O₃/(Al₀.₁₃Ga₀.₈₇)₂O₃結構，優化厚度和摻雜濃度成功提升元件性能提升電流並降低漏電流。

圖二、β-Ga₂O₃ 磊晶結構示意圖：(a)傳統結構（無AlGaO間隔層），(b~d)引入2DEG結構與磊晶層不同摻雜濃度及厚度。此架構清晰呈現結構變異對2DEG形成的影響，是論文探討性能優化基礎，凸顯AlGaO層的重要性。

本項研究在第四代半導體領域取得顯著突破，為未來通訊技術和高功率領域應用奠定了基礎。研究團隊未來計劃進一步優化改善β-Ga₂O₃的結構設計與製程技術，為全球高功率電子產業注入新動能。

關於鴻海

鴻海精密工業股份有限公司（臺灣證券交易所代碼：2317）於1974年肇基於臺灣，以模具為根基，擴展為高科技服務企業。在電子代工服務領域（EMS）市占率超過四成，排名世界第一，涵蓋消費性電子、雲端網路、電腦終端、元件及其他等四大產品領域。在全球24個國家地區設有據點，員工總人數於季節性高峰時約九十萬人。

2024年合併營收新臺幣6.86兆元，名列《財富雜誌》（Fortune）全球500大企業排行榜第32名。 近年來，鴻海積極投入「電動車、數位健康、機器人」三大新興產業以及「人工智慧、半導體、新世代通訊技術」三項新技術領域，以「三加三」結合作為集團重要的長期發展策略，為全球標竿客戶提供完整解決方案，成為全方位智慧生活提供者。如需更多資訊，請參觀 www.honhai.com。