半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉：近日，山東大學(xué)陶緒堂教授團(tuán)隊(duì)使用導(dǎo)模法(EFG)成功制備了外形完整的4英寸(001)主面氧化鎵(β-Ga2O3)單晶，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析。勞厄測(cè)試衍射斑點(diǎn)清晰、對(duì)稱(chēng)，說(shuō)明晶體具有良好的單晶性，無(wú)孿晶；X射線衍射搖擺曲線顯示晶體(400)面半峰全寬僅為57.57″，結(jié)晶質(zhì)量較高；濕法化學(xué)腐蝕測(cè)試結(jié)果表明，晶體位錯(cuò)密度為1.06×104 cm-2；C-V測(cè)試確認(rèn)β-Ga2O3晶體中載流子濃度為7.77×1016 cm-3。測(cè)試結(jié)果表明，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)導(dǎo)模法獲得了高質(zhì)量的4英寸β-Ga2O3單晶。相關(guān)內(nèi)容以“4英寸氧化鎵單晶生長(zhǎng)與性能研究”為題已在《人工晶體學(xué)報(bào)》網(wǎng)絡(luò)首發(fā)（DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20220831.001.）。該成果是繼2019年團(tuán)隊(duì)獲得4英寸(100)主面單晶后的又一新突破。
圖1 4英寸β-Ga2O3晶體
圖2 β-Ga2O3單晶(010)面勞厄衍射圖
圖3 β-Ga2O3單晶搖擺曲線
此外，團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化提拉法晶體生長(zhǎng)工藝，在原有1英寸晶體基礎(chǔ)上，成功放大到2英寸，晶體外形規(guī)整、無(wú)裂紋，晶體質(zhì)量較高。晶體生長(zhǎng)尺寸與德國(guó)IKZ及美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室相當(dāng)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
圖4 提拉法生長(zhǎng)2英寸氧化鎵柱狀單晶
山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展導(dǎo)模法氧化鎵單晶生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期潛心攻關(guān)，從零開(kāi)始，先后突破了1~4英寸氧化鎵單晶生長(zhǎng)、缺陷、摻雜、加工等關(guān)鍵核心技術(shù)。通過(guò)導(dǎo)模法、提拉法等多種晶體生長(zhǎng)方法，生長(zhǎng)出n型導(dǎo)電及半絕緣氧化鎵晶體并開(kāi)展了系統(tǒng)的晶體加工和缺陷研究，為打破國(guó)外技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)奠定了基礎(chǔ)。
β-Ga2O3作為超寬禁帶半導(dǎo)體材料，可用于制備功率器件、紫外探測(cè)器、高能射線探測(cè)器，同時(shí)也可作為GaN、ZnO等半導(dǎo)體的襯底材料使用。由于超高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)和巴利加優(yōu)值，β-Ga2O3功率器件具有耐壓高、導(dǎo)通損耗低、開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)。目前，β-Ga2O3二極管及場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件耐壓均可達(dá)幾千伏，器件擊穿場(chǎng)強(qiáng)已超過(guò)SiC和GaN的理論極限。
由于β-Ga2O3禁帶寬度為4.8 eV，吸收截止邊位于260 nm處，紫外透過(guò)率可達(dá)80%以上，并且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。因此，β-Ga2O3晶體自身便滿足“日盲”光電器件的需求，避免了目前常用氮化物需要合金化等復(fù)雜問(wèn)題。β-Ga2O3晶體因其卓越的材料性能，在深紫外光電探測(cè)以及超高壓功率器件方面具有重要的應(yīng)用，也是最近美國(guó)等西方國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)施禁運(yùn)的關(guān)鍵材料。
來(lái)源：山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿/圖
作者：穆文祥/賈志泰/陶緒堂 （山東大學(xué)，晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新一代半導(dǎo)體材料研究院；晶體材料研究院）
