王超,赛青林,齐红基

(1中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光材料重点实验室,上海 201800;2中国科学院大学,北京 100049)

0 引言

Ga2O3单晶是一种透明半导体氧化物,有五种同分异构体α、β、γ、δ、ε,但在高温下能够通过熔体法制备的只有β相氧化镓是稳定的[1-3],β-Ga2O3是单斜晶系,空间群为C2/m,晶格参数为a=1.2214 nm,b=0.3037 nm,c=0.5798 nm,β=103.83°[4]。β-Ga2O3的透过覆盖范围为深紫外区到红外区(260～7730 nm),其吸收截止边在260 nm附近,位于日盲紫外区域,因而β-Ga2O3是一种天然制备日盲紫外探测器的材料[5,6]。β-Ga2O3的禁带宽度为4.8～4.9 eV,具有比第一代半导体Si(Eg=1.1 eV)、锗(Eg=0.67 eV),第二代半导体GaAs(Eg=1.42 eV)、InP(Eg=1.35 eV),第三代半导体4H-SiC(Eg=3.3 eV)、GaN(Eg=3.4 eV)更高的禁带宽度[7,8]。高的带隙宽度使得其具有高的击穿电压,再加上其饱和电子漂移速度高、热导率大和化学性质稳定等特性,使得β-Ga2O3单晶在电子器件领域有着广泛的应用前景[9,10]。β-Ga2O3单晶优秀的光学性能及电学性能使得其在日盲紫外探测器、场效应晶体管、肖特基二极管等器件领域有着巨大的应用潜力。β-Ga2O3单晶可通过熔体法制备[11,12],生长成本相对便宜,这一点也为β-Ga2O3在器件领域的应用提供了保证。

本文简要介绍了β-Ga2O3单晶的制备方法,并对本研究团队近年来在五族离子掺杂β-Ga2O3单晶方面的研究成果进行了简要综述,主要包括五族离子Ta5+、Nb5+掺杂β-Ga2O3单晶的电学、光学性质。

1 β-Ga2O3单晶的制备方法

β-Ga2O3单晶的制备是β-Ga2O3半导体器件制备最重要的一环,合理的β-Ga2O3晶体生长方法才能得到高质量、结构稳定的β-Ga2O3单晶,继而才能制备高稳定、高性能的光电器件。β-Ga2O3的熔点是1750°C,在高温下β相能稳定存在,所以目前大部分研究均使用熔体法来制备β-Ga2O3晶体。……