山东大学团队成功研制4英寸氧化镓

近日,山东大学陶绪堂教授团队使用导模法(EFG)成功制备了外形完整的4英寸(001)主面氧化镓(β-Ga2O3)单晶,并对其性能进行了分析。该成果是继2019年团队获得4英寸(100)主面单晶后的又一新突破。

据悉,劳厄测试衍射斑点清晰、对称,说明晶体具有良好的单晶性,无孪晶;X射线衍射摇摆曲线显示晶体(400)面半峰全宽仅为57.57″,结晶质量较高;湿法化学腐蚀测试结果表明,晶体位错密度为1.06×104 cm-2;C-V测试确认β-Ga2O3晶体中载流子浓度为7.77×1016 cm-3。测试结果表明,该团队通过导模法获得了高质量的4英寸β-Ga2O3单晶。

山东大学晶体材料国家重点实验室在国内最早开展导模法氧化镓单晶生长,经过长期潜心攻关,从零开始,先后突破了1~4英寸氧化镓单晶生长、缺陷、掺杂、加工等关键核心技术。通过导模法、提拉法等多种晶体生长方法,生长出n型导电及半绝缘氧化镓晶体并开展了系统的晶体加工和缺陷研究,为打破国外技术封锁和产品禁运奠定了基础。

第四代半导体氧化镓

通俗的讲,氧化镓也被称为第四代半导体,这是一种超宽禁带材料。

公开资料显示,氧化镓是一种无机化合物,化学式为Ga2O3。别名三氧化二镓,是一种宽禁带半导体,Eg=4.9eV,其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。Ga2O3是一种透明的氧化物半导体材料,在光电子器件方面有广阔的应用前景 ,被用作于Ga基半导体材料的绝缘层,以及紫外线滤光片。它还可以用作O2化学探测器。

氧化镓与碳化硅、氮化镓相比,氧化镓基功率器件具备高耐压、低损耗、高效率、小尺寸等特点,例如:同等耐压情况下,对比起碳化硅基器件的损耗,氧化镓基要降低86%,尺寸仅为碳化硅基的1/5左右。

作为新一代半导体材料的氧化镓(Ga2O3),是继第三代半导体碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)之后最具市场潜力的材料。我国内超2/3的半导体产品依赖进口,氧化镓的出现,是国内市场的一次机遇,有望击碎“卡脖子”的现况。为此,我国科技部将氧化镓列入“十四五重点研发计划”,让第四代半导体获得更广泛关注。