氧化鎵（Ga2O3）在功率電子器件應用方面具有碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導體不可比擬的優越特性，成為近年來新型功率半導體材料與器件領域的研究熱點。Ga2O3禁帶寬度為4.7~4.9 eV，理論擊穿電場達到8 MV/cm，遠高於SiC材料的理論極限2.5 MV/cm和GaN材料的理論極限3.3 MV/cm。雖然Ga2O3材料的部分特性優勢顯著，但其短板也很明顯。其中最為關鍵的是Ga2O3是一種離子性很強的超寬禁帶半導體材料，和ZnO材料類似，存在p型摻雜困難的關鍵瓶頸問題，導致傳統的雙極性功率器件設計無法應用於Ga2O3功率器件，因此基於Ga2O3基功率器件的實用化仍充滿疑慮。為充分發揮Ga2O3材料的高擊穿場強優勢，解決雙極性器件設計成為Ga2O3基功率器件進一步發展的關鍵難題。其有效途徑是將n型Ga2O3和其他p型氧化物材料進行異質集成，而構築低缺陷態密度的界面工程和載流子調控是提升器件性能的關鍵。
南京大學葉建東教授團隊提出雙層p型NiO設計，構建出新型p+-NiO(100 nm)/p-NiO (350 nm)/n-Ga2O3 p-n異質結構二極體。雙層NiO異質結二極體的導通電阻為10.6 mΩ·cm2，高場下低漏電且400 K仍維持開關比>1011，擊穿電壓達到1.86 kV, 對應的功率優值為0.33 GW/cm2。器件的擊穿電壓為目前Ga2O3基異質結二極體擊穿電壓報導最高值，也超過其他採用任何終端結構Ga2O3基二極體擊穿電壓。器件耐壓性能的提升主要得益於調控p型NiO薄膜的載流子濃度梯度，進而有效抑制器件邊緣的電場積聚效應。通過這一雙極性設計，團隊進一步開發出以NiO為場板和場限環的異質結勢壘肖特基二極體(HJBS)，器件導通電阻進一步下降至7.7 mΩ·cm2，反向擊穿電壓達到2.0 kV, 對應的功率優值為0.52 GW/cm2。同時揭示了界面電子能帶結構和界面電荷引起的載流子隧穿複合機制，有助於加深異質結構強場下載流子倍增效應和雪崩擊穿效應的理解，對實現高性能功率器件甚至雪崩日盲探測器件具有重要的科學意義。
圖. NiO/Ga2O3 p-n異質結 (a)結構示意圖，(b) 導通電阻微分曲線及線性I-V，(c) 低偏壓對數I-V, (e) 反向擊穿特性，(f))目前報導Ga2O3 SBD及異質p-n結導通電阻-擊穿電壓關係圖。
相關成果於2020年7月以「A 1.86-kV double-layered NiO/b-Ga2O3 vertical p–n heterojunction diode」為題發表在Applied Physics Letters 117, 022104 (2020)，並被編輯挑選為高亮文章。全球權威半導體行業雜誌《Compound Semiconductors》在其2020年9月的25周年紀念特刊中以「Heterojunction enhances power diodes」專題報導和高度評價「南京大學團隊開創了Ga2O3 p-n二極體新結構」。