高质量铟掺杂氧化镓单晶浮区法生长研究

作     者：李宪珂 张超逸 黄林 孙鹏 刘波 徐军 唐慧丽 

作者机构：同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(12375181) 上海市科技计划项目(23511102302) 中央高校基本科研业务费专项基金(22120220626) 

主　　题：铟掺杂氧化镓 光学浮区法 晶体生长 气泡缺陷 

摘      要：β-Ga2O3是一种新型超宽带隙半导体材料，具有出色的性能，在高功率电子器件和日盲深紫外探测器等领域有着巨大的应用前景。通过掺入In3+离子，可以调节β-Ga2O3的带隙宽度和光学性质，从而进一步拓展其应用范围。本研究以高纯度Ga2O3、In2O3为原料，采用光学浮区法制备了β-Ga2O3:9%In、β-Ga2O3:15%In单晶。生长速度为5 mm/h时，晶体出现失透现象，在光学显微镜下观察，发现晶体中含有大量气泡缺陷，这些缺陷主要呈条状和球状，其中条状气泡的长度在50～200 μm范围内，沿[010]晶体生长方向延伸。通过扫描电子显微镜观察缺陷形貌和元素分布，发现气泡周围的元素分布均匀，无杂质元素聚集。结果表明，缺陷的形成与In2O3高温分解有关，产生的气体未及时排出，随熔体结晶进入晶体内部形成气泡。优化晶体生长工艺后，解决了气泡缺陷引起的晶体失透问题，得到的透明β-Ga2O3:9%In单晶摇摆曲线半高宽可达44 arcsec，晶体的结晶质量显著提升。本研究为生长高质量β-Ga2O3:In体块单晶提供了解决方案，为深入了解其光电性能奠定了基础。