陈博利，杨依帆，冷国琴，黄朝晖，孙 峙，陶天一

(1. 中国科学院过程工程研究所，北京 100190；2. 中国地质大学 (北京)材料科学与工程学院，北京 100083)

0 引 言

作为第三代半导体及透明导电材料的代表，β型氧化镓(β-Ga2O3)凭借其优异的光电性能受到广泛关注。β-Ga2O3属于Ⅲ族氧化物，在常温状态下为白色结晶体，属于两性氧化物，不溶于水，可溶于酸也能微溶于碱，密度是5.95 g/cm3，熔点是1 900 ℃[1]，其能带间隙为4.8～4.9eV，是宽禁带半导体[2]。β-Ga2O3晶体结构为单斜结构，它的空间群是C2/m，晶格参数为a=1.221 nm，b=0.304 nm，c=0.580 nm，β=103.8°[3]。其对称性较低，结构具有各向异性，沿着不同方向的禁带宽度和电子迁移率都会有所不同[4]。β-Ga2O3材料不仅禁带宽度大，且在深紫

外区域的光学透过率非常高，因此可用来制作深紫外透明导电薄膜[5]。此外，β-Ga2O3材料的电阻值能够随着周围环境气氛的变化而变化，所以它非常适合用于制作气体探测器，实现对CO、CH4、H2S 等还原性气体和氧气的高灵敏性检测[6-8]。总的来说，β-Ga2O3在光学、军事、医疗等领域应用广泛，其在高新技术领域的应用前景广阔。

β-Ga2O3结构示意图如图1所示。该晶体中有3个位置不同的氧原子O(Ⅰ)、O(Ⅱ)和O(Ⅲ)以及两个不同位置的镓原子Ga (Ⅰ)和Ga (Ⅱ)。可以看到在一个晶胞结构中形成了以Ga (Ⅰ)原子为主的四面体扭曲结构和以Ga (Ⅱ)原子为主的八面体扭曲结构，Ga (1)的四面体链共角，而Ga (Ⅱ)的八面体链共边[9]，这种由[GaO6]八面体构成的双链沿b轴方向排列，链之间又以[GaO4]相连接，使得该结构有利于自由电子的移动，成为β-Ga2O3具有导电性的结构基础[10-11]。

图1 β-Ga2O3的晶体结构模型[12]Fig 1 The structure model of β-Ga2O3 crystal [12]

美国的Chase[13]等于1964年最早制备出体积为1 cm3左右的β-Ga2O3单晶，但是缺陷较多，晶体质量较差。……