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Ni摻雜β-Ga2O3單晶的光、電特性研究

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) ? 來源:人工晶體學(xué)報 ? 2023-10-11 16:06 ? 次閱讀

作為超寬禁帶半導(dǎo)體材料之一,Ga2O3禁帶寬度高達(dá)4.8 eV,理論擊穿場強為8 MV/cm,是繼GaN和SiC之后的下一代超寬禁帶半導(dǎo)體材料,在高壓電力控制、射頻通信、日盲探測、惡劣環(huán)境信號處理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來,4~6英寸氧化鎵單晶生長技術(shù)取得突破性進(jìn)展,極大地推動了氧化鎵相關(guān)材料及器件的研究,正成為國際上超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究和產(chǎn)業(yè)熱點。

山東大學(xué)晶體材料國家重點實驗室賈志泰教授、陶緒堂教授課題組在《人工晶體學(xué)報》2023年第8期發(fā)表了題為《Ni摻雜β-Ga2O3單晶的光、電特性研究》(第一作者:陳紹華;通信作者:穆文祥、賈志泰)的研究論文。論文通過導(dǎo)模法生長了Ni摻雜β-Ga2O3單晶,其晶體的結(jié)晶質(zhì)量較高,近紅外波段未見明顯的光吸收,具有半絕緣的電學(xué)性能,且光學(xué)帶隙約為4.74 eV,紫外截止邊仍在日盲波段內(nèi),可用于制備高溫、高壓以及大功率器件

EFG法生長所獲得的Ni摻雜β-Ga2O3晶體樣品整體呈黃褐色(見圖1(a))。根據(jù)ICP測試結(jié)果(見表1)可知Ni實際摻入濃度為0.00645%,摻雜顏色較為均勻。PXRD測試結(jié)果(見圖1(b))表明,所生長晶體均為β相,無其他雜相的存在。不同點的勞厄衍射結(jié)果(見圖2)證明晶體的單晶性較好,內(nèi)部無多晶存在。

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圖1Ni摻雜β-Ga2O3單晶照片(a)及其PXRD圖譜(b)

表1Ni摻雜β-Ga2O3晶體的ICP測試結(jié)果

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圖2Ni摻雜β-Ga2O3單晶(100)面不同位置的勞厄衍射圖樣

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圖3Ni摻雜β-Ga2O3單晶的紫外-可見光譜結(jié)果。(a)透過光譜;(b)(αhν)2和hν的Tauc圖

Ni摻雜β-Ga2O3晶體的紅外透過光譜(見圖4)顯示其在紅外及近紅外波段都保持較高的透過率;陰極熒光光譜(見圖5)顯示:晶體在240~600 nm的最大峰強在394 nm處,相比本征Ga2O3晶體紅移了24.1 nm;在560~800 nm出現(xiàn)了明顯的峰,最大峰強出現(xiàn)在695.1 nm處。說明Ni摻雜使Ga2O3晶體具有了一定寬帶近紅外發(fā)光特性,為β-Ga2O3晶體提供了用于寬帶近紅外發(fā)光器件領(lǐng)域的可能性。

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圖4Ni摻雜β-Ga2O3單晶的紅外透過光譜

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圖5Ni摻雜β-Ga2O3單晶的CL光譜測試結(jié)果。(a)紫外-可見波段;(b)可見-近紅外波段

結(jié)論

本文使用導(dǎo)模法生長了高質(zhì)量Ni摻雜β-Ga2O3單晶。XRD圖譜及勞厄衍射圖樣顯示,晶體的結(jié)晶質(zhì)量較高,晶體結(jié)構(gòu)未因為摻雜發(fā)生改變。晶體的近紅外波段未見明顯的光吸收,具有半絕緣的電學(xué)性能,其光學(xué)帶隙約為4.74 eV,紫外截止邊仍在日盲波段內(nèi),作為半絕緣襯底可用于制備高溫、高壓以及大功率器件。本研究通過CL光譜發(fā)現(xiàn)了Ni摻雜β-Ga2O3單晶在600~800 nm波段的寬帶近紅外發(fā)光特性,表明其在寬帶近紅外領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用前景,為β-Ga2O3器件的豐富和快速發(fā)展提供了參考。






審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:山東大學(xué) · Ni摻雜β-Ga2O3單晶的光、電特性研究

文章出處:【微信號:第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),微信公眾號:第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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