Ga₂O₃은 넓은 밴드갭과 높은 항복 전계를 바탕으로 차세대 전력반도체 소재로 주목받고 있으며, 특히 4H-SiC 기판과의 접합을 통한 구조는 고온 및 고전압 환경에서도 우수한 전기적 특성을 발현할 수 있다. 그러나 Ga₂O₃은 낮은 열전도도로 인해 열 방출 한계를 가지며, 이를 보완하기 위한 열적 관리 기술 확보가 필요하다. 본 연구에서는 에어로졸 증착법을 이용하여 Ga₂O₃을 4H-SiC 기판에 증착한 후, Ga₂O₃ 박막 두께 변화(0.8, 1.1, 1.4 μm)에 따른 쇼트키 다이오드의 전기적 특성과 열적 안정성을 평가하였다. 실험 결과, 박막 두께가 증가할수록 턴온 전압, 이상계수, 누설 전류, 항복 전압 등 주요 특성에 뚜렷한 변화를 보였으며, 특히 200℃의 고온 환경에서도 우수한 정류 특성과 낮은 누설전류를 통해 고온 안정성이 확보되었다. 또한 열이온 방출(thermionic emission) 모델을 통해 장벽 높이 및 이상계수의 온도 의존성을 정량적으로 해석하였다. 본 연구는 고열전도성기판 기반 Ga₂O₃ 전력소자의 최적 설계 및 열적 신뢰성 확보에 기여할 수 있을 것이다.
Ga₂O₃ is an ultra-wide bandgap semiconductor material that offers superior electrical properties for high-voltage power electronics but suffers from poor thermal conductivity compared to conventional semiconductors. To overcome this thermal limitation, we developed Ga₂O₃/4H-SiC heterojunction Schottky barrier diodes that utilize the high thermal conductivity of SiC substrates. Using the aerosol deposition method, we successfully fabricated devices with different Ga₂O₃ film thicknesses (0.8-1.4 μm) and achieved exceptional electrical performance with the 0.8 μm device showing a specific on-resistance of 41 mΩ·cm² and a leakage current as low as 1.26 × 10-10 A/cm² while maintaining stable operation up to 200℃. The devices demonstrated breakdown voltages reaching 2,365 V and maintained excellent rectification ratios above 1010 even at elevated temperatures. All fabricated devices with different film thicknesses showed consistent high-temperature stability, confirming the effectiveness of the heterojunction approach. These results provide a viable pathway for developing thermally stable, high-performance power devices essential for next-generation electric vehicle and renewable energy applications
