半導體產業網獲悉：近日，山東大學陶緒堂教授團隊使用導模法(EFG)成功制備了外形完整的4英寸(001)主面氧化鎵(β-Ga2O3)單晶，并對其性能進行了分析。勞厄測試衍射斑點清晰、對稱，說明晶體具有良好的單晶性，無孿晶；X射線衍射搖擺曲線顯示晶體(400)面半峰全寬僅為57.57″，結晶質量較高；濕法化學腐蝕測試結果表明，晶體位錯密度為1.06×104 cm-2；C-V測試確認β-Ga2O3晶體中載流子濃度為7.77×1016 cm-3。測試結果表明，該團隊通過導模法獲得了高質量的4英寸β-Ga2O3單晶。相關內容以“4英寸氧化鎵單晶生長與性能研究”為題已在《人工晶體學報》網絡首發（DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20220831.001.）。該成果是繼2019年團隊獲得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，團隊通過優化提拉法晶體生長工藝，在原有1英寸晶體基礎上，成功放大到2英寸，晶體外形規整、無裂紋，晶體質量較高。晶體生長尺寸與德國IKZ及美國空軍實驗室相當，達到國際先進水平。
圖4 提拉法生長2英寸氧化鎵柱狀單晶
山東大學晶體材料國家重點實驗室在國內最早開展導模法氧化鎵單晶生長，經過長期潛心攻關，從零開始，先后突破了1~4英寸氧化鎵單晶生長、缺陷、摻雜、加工等關鍵核心技術。通過導模法、提拉法等多種晶體生長方法，生長出n型導電及半絕緣氧化鎵晶體并開展了系統的晶體加工和缺陷研究，為打破國外技術封鎖和產品禁運奠定了基礎。
β-Ga2O3作為超寬禁帶半導體材料，可用于制備功率器件、紫外探測器、高能射線探測器，同時也可作為GaN、ZnO等半導體的襯底材料使用。由于超高的擊穿場強和巴利加優值，β-Ga2O3功率器件具有耐壓高、導通損耗低、開關速度快的優點。目前，β-Ga2O3二極管及場效應晶體管器件耐壓均可達幾千伏，器件擊穿場強已超過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，紫外透過率可達80%以上，并且具有良好的化學穩定性和熱穩定性。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雜問題。β-Ga2O3晶體因其卓越的材料性能，在深紫外光電探測以及超高壓功率器件方面具有重要的應用，也是最近美國等西方國家對我國實施禁運的關鍵材料。
來源：山東大學晶體材料國家重點實驗室供稿/圖
作者：穆文祥/賈志泰/陶緒堂 （山東大學，晶體材料國家重點實驗室，新一代半導體材料研究院；晶體材料研究院）
