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。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。

據(jù)悉,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(xiàn)衍射搖擺曲線(xiàn)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。

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)。

第四代半導(dǎo)體氧化鎵

通俗的講,氧化鎵也被稱(chēng)為第四代半導(dǎo)體,這是一種超寬禁帶材料。

公開(kāi)資料顯示,氧化鎵是一種無(wú)機(jī)化合物,化學(xué)式為Ga2O3。別名三氧化二鎵,是一種寬禁帶半導(dǎo)體,Eg=4.9eV,其導(dǎo)電性能和發(fā)光特性長(zhǎng)期以來(lái)一直引起人們的注意。Ga2O3是一種透明的氧化物半導(dǎo)體材料,在光電子器件方面有廣闊的應(yīng)用前景 ,被用作于Ga基半導(dǎo)體材料的絕緣層,以及紫外線(xiàn)濾光片。它還可以用作O2化學(xué)探測(cè)器。

氧化鎵與碳化硅、氮化鎵相比,氧化鎵基功率器件具備高耐壓、低損耗、高效率、小尺寸等特點(diǎn),例如:同等耐壓情況下,對(duì)比起碳化硅基器件的損耗,氧化鎵基要降低86%,尺寸僅為碳化硅基的1/5左右。

作為新一代半導(dǎo)體材料的氧化鎵(Ga2O3),是繼第三代半導(dǎo)體碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)之后最具市場(chǎng)潛力的材料。我國(guó)內(nèi)超2/3的半導(dǎo)體產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口,氧化鎵的出現(xiàn),是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的一次機(jī)遇,有望擊碎“卡脖子”的現(xiàn)況。為此,我國(guó)科技部將氧化鎵列入“十四五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”,讓第四代半導(dǎo)體獲得更廣泛關(guān)注。

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