一种Ga2O3单晶及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种Ga2O3单晶及其制备方法，方法包括以下步骤：以易挥发的金属氧化物和Ga2O3为原料，进行晶体生长，得到掺杂M的Ga2O3单晶，所述M表示所述金属氧化物中的金属；将所述掺杂M的Ga2O3单晶置于富氧气氛下进行退火处理，使所述掺杂M的Ga2O3单晶中的M去除，得到所述Ga2O3单晶。本发明专利技术通过先进行阳离子替换，再进行退火去除的方法，有效提高了Ga2O3单晶中的本征镓空位浓度，从而实现受主类补偿，制备得到高绝缘性的Ga2O3单晶。另外，由于镓空位具有较大的激活能，在常规使用的高温下无法激活，从而实现了稳定的受主补偿效果，有效确保了Ga2O3单晶高阻的效果。单晶高阻的效果。单晶高阻的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种Ga2O3单晶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及晶体
，尤其涉及一种Ga2O3单晶及其制备方法。

技术介绍

[0002]β
‑
Ga2O3的本征导电性表现为弱的n型导电(自由电子导电)，针对自由电子的来源，主要有以下两种观点：一是生长过程中产生的氧空位缺陷(V
O
)，后续随着理论计算和分析的深入，逐渐认为V
O
是一种深能级施主，常温下不能提供自由电子；二是原料本身伴生的高价杂质，如Si、Sn等，形成了如Si
′
Ga
类的替位缺陷，这就使得氧化镓的高阻和p型难以实现。
[0003]日本田村制作所在专利CN105008597B中提到了一种掺Fe实现高阻的单晶制备方法，通过Fe形成的缺陷中心捕获自由电子，实现了常温下电阻率2
×
10
12
Ω
·
cm的效果，并认为其优于Mg的掺杂效果。
[0004]近期研究发现，Fe在Ga2O3中的激活能仅为0.8eV左右，在400K时就可以有效激活，表现为弱n型，导致又形成低电阻的Ga2O3单晶，在高温环境使用中失效，无法确保获得高阻Ga2O3单晶的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种Ga2O3单晶及其制备方法，旨在解决现有方法无法获得稳定的高阻Ga2O3单晶的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种Ga2O3单晶的制备方法，其中，包括以下步骤：
[0008]以易挥发的金属氧化物和Ga2O3为原料，进行晶体生长，得到掺杂M的Ga2O3单晶，所述M表示所述金属氧化物中的金属；
[0009]将所述掺杂M的Ga2O3单晶置于富氧气氛下进行退火处理，使所述掺杂M的Ga2O3单晶中的M去除，得到所述Ga2O3单晶。
[0010]可选地，所述M选自Sn、W、Mo、In、V、Co、Cr、Fe、Mn、Zn、Bi中的至少一种。
[0011]可选地，所述掺杂M的Ga2O3单晶中，所述M的含量为10
17
～10
19
个/cm3。
[0012]可选地，所述将所述掺杂M的Ga2O3单晶进行退火处理的气氛为流动氧气气氛或流动空气气氛。
[0013]可选地，所述将所述掺杂M的Ga2O3单晶进行退火处理的温度为1200～1600℃。
[0014]可选地，所述将所述掺杂M的Ga2O3单晶进行退火处理的温度为1400～1600℃。
[0015]可选地，所述将所述掺杂M的Ga2O3单晶进行退火处理的时间为6～30h。
[0016]可选地，所述得到掺杂M的Ga2O3单晶的步骤之后，所述将所述掺杂M的Ga2O3单晶进行退火处理的步骤之前，还包括将所述掺杂M的Ga2O3单晶切成厚度为1mm以下薄片的步骤。
[0017]可选地，所述以易挥发的金属氧化物和Ga2O3为原料，进行单晶生长，得到掺杂M的Ga2O3单晶的步骤，具体包括：
[0018]将易挥发的金属氧化物粉末和Ga2O3粉末混合；
[0019]将混合后的粉末压制成料棒；
[0020]将所述料棒进行烧结成相，得到多晶料；
[0021]以所述多晶料为原料，采用浮区法、下降法、导模法或提拉法进行晶体生长，得到所述掺杂M的Ga2O3单晶。
[0022]一种Ga2O3单晶，其中，所述Ga2O3单晶采用本专利技术所述的Ga2O3单晶的制备方法制备得到。
[0023]有益效果：本专利技术中Ga2O3单晶的单斜结构在超过1200℃高温下，尤其是超过1400℃后，会发生轻微不稳定的分解重构，氧化物挥发带走Ga后，留下形成的阳离子空位V
Ga
。如果非故意掺杂Ga2O3直接退火，只会带走极少量Ga，形成的V
Ga
有限；而如果是元素M形成的M
Ga
，在富氧条件下会形成易挥发氧化物溢出，则会留下大量V
Ga
。本专利技术通过先进行阳离子替换，再进行退火去除的方法，有效提高了Ga2O3单晶中的本征镓空位浓度，从而实现受主类补偿，制备得到高绝缘性的Ga2O3单晶。另外，由于镓空位相对Fe的替位缺陷具有较大的激活能，在常规使用的高温下均无法激活，从而实现了稳定的受主补偿效果，有效确保了Ga2O3单晶高阻的效果。
附图说明
[0024]图1为对比例1中不同气氛下退火处理得到的样品和未退火处理的样品的PL光谱曲线。
[0025]图2为实施例1中不同气氛下退火处理得到的样品和未退火处理的样品的PL光谱曲线。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供一种Ga2O3单晶及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]为了实现氧化镓单晶高阻的效果，现有提出了一种掺Fe实现高阻的单晶制备方法，通过Fe形成的缺陷中心捕获自由电子，实现常温下电阻率2
×
10
12
Ω
·
cm的效果。但是Fe在Ga2O3中的激活能仅为0.8eV左右，在400K时就可以有效激活，表现为弱n型，导致又形成低电阻的Ga2O3单晶。
[0028]基于此，本专利技术实施例提供一种高浓度受主的Ga2O3单晶的制备方法，其中，包括以下步骤：
[0029]S10、以易挥发的金属氧化物和Ga2O3为原料，进行晶体生长，得到掺杂M的Ga2O3单晶，所述M表示所述金属氧化物中的金属；
[0030]S20、将所述掺杂M的Ga2O3单晶置于富氧气氛下进行退火处理，使所述掺杂M的Ga2O3单晶中的M去除，得到所述Ga2O3单晶。
[0031]本实施例中Ga2O3单晶的单斜结构在超过1200℃高温下，尤其是超过1400℃后，会发生轻微不稳定的分解重构，氧化物挥发带走Ga后，留下形成的阳离子空位V
Ga
。如果非故意掺杂Ga2O3直接退火，只会带走极少量Ga，形成的V
Ga
有限；而如果是元素M形成的M
Ga
，在富氧条件下会形成易挥发氧化物溢出，则会留下大量V
Ga
。本实施例通过先进行阳离子替换，再进
行退火去除的方法，有效提高了Ga2O3单晶中的本征镓空位浓度，从而实现受主类补偿，有效捕获Ga2O3单晶中的自由电子，制备得到高绝缘性(即高电阻率)的Ga2O3单晶。
[0032]与现有掺铁实现高阻的单晶制备方法相比，本实施例通过先进行阳离子替换，再进行退火去除的方法，有效提高了Ga2O3单晶中的本征镓空位浓度，以镓空位代替Fe
Ga
的替位掺杂作为受主中心，由于镓空位具有较大的激活能(普遍在1.4eV
‑
3eV之间)，需要辅助其他手段或在极高的温度下才能被激活形成低电阻率单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ga2O3单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以易挥发的金属氧化物和Ga2O3为原料，进行晶体生长，得到掺杂M的Ga2O3单晶，所述M表示所述金属氧化物中的金属；将所述掺杂M的Ga2O3单晶置于富氧气氛下进行退火处理，使所述掺杂M的Ga2O3单晶中的M去除，得到所述Ga2O3单晶。2.根据权利要求1所述的Ga2O3单晶的制备方法，其特征在于，所述M选自Sn、W、Mo、In、V、Co、Cr、Fe、Mn、Zn、Bi中的至少一种。3.根据权利要求1所述的Ga2O3单晶的制备方法，其特征在于，所述掺杂M的Ga2O3单晶中，所述M的含量为10
17
～10
19
个/cm3。4.根据权利要求1所述的Ga2O3单晶的制备方法，其特征在于，所述将所述掺杂M的Ga2O3单晶进行退火处理的气氛为流动氧气气氛或流动空气气氛。5.根据权利要求1所述的Ga2O3单晶的制备方法，其特征在于，所述将所述掺杂M的Ga2O3单晶进行退火处理的温度为1200～1600℃。6.根据权利要求5所述的Ga2O3单晶的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛青林，齐红基，陈端阳，
申请(专利权)人：杭州富加镓业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：