掺杂氧化镓晶体及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种掺杂氧化镓晶体及其制备方法。本发明专利技术提供的掺杂氧化镓晶体，为氧化镓晶体经掺杂形成N型导电体，掺杂元素为铌，掺杂浓度范围为小于等于0.8mol％。本发明专利技术可以获得具有高载流子浓度和高导电性的氧化镓晶体，并且，通过对掺杂浓度的控制，能够得到不同电阻率和载流子浓度的氧化镓晶体。阻率和载流子浓度的氧化镓晶体。阻率和载流子浓度的氧化镓晶体。

【技术实现步骤摘要】
掺杂氧化镓晶体及其制备方法
[0001]本申请是专利技术名称为“掺杂氧化镓晶体及其制备方法”、申请日为2017年3月3日、申请号为201710124917.6的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及人工晶体
，特别是涉及一种掺杂氧化镓晶体及其制备方法。

技术介绍

[0003]β
‑
Ga2O3(氧化镓)是一种直接带隙宽禁带半导体材料，禁带宽度约为4.8～4.9eV。它具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度快、热导率高、击穿场强高、化学性质稳定等诸多优点，从深紫外(DUV)到红外区域(IR)都是透明的，与传统透明导电材料(TCOs)相比，可以制备波长更短的新一代半导体光电器件。
[0004]纯的β
‑
Ga2O3晶体表现为半绝缘或较弱的N型导电，目前已知的提高β
‑
Ga2O3晶体的N型导电能力的主要方法是进行4价离子的掺杂，主要包括第四主族和第四副族的Si、Hf、Ge、Sn、Zr、Ti等。以Si为例，其提高载流子浓度的主要机理反应如下
[0005][0006]从上式可以看出，4价元素掺杂提供自由电子的理论极限能力约为1:1，随着掺杂浓度提高，晶体结晶困难增加，电导率提高程度有限。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种掺杂氧化镓晶体及其制备方法，提高氧化镓晶体的导电能力，并且获得载流子浓度和电阻率可调节的氧化镓晶体。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种掺杂氧化镓晶体，氧化镓晶体经掺杂形成N型导电体，掺杂元素为铌，掺杂浓度范围为小于等于0.8mol％。
[0009]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体，所述氧化镓晶体为单斜晶系的β
‑
Ga2O3晶体。
[0010]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体，铌掺杂浓度范围为0.0001～0.8mol％。
[0011]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体，所述掺杂氧化镓晶体的电阻率在5.5
×
10
‑3～3.6
×
102Ω
·
cm，载流子浓度在9.55
×
10
16
～1.8
×
10
19
/cm3。
[0012]本专利技术还提供一种掺杂氧化镓晶体的制备方法，包括：
[0013]提供氧化镓粉末和氧化铌粉末，氧化铌的配比为小于等于0.8mol％；
[0014]使得所述氧化镓粉末和氧化铌粉末混合后进行晶体生长，获得掺杂氧化镓晶体。
[0015]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述氧化镓粉末的纯度为6N以上，所述氧化铌粉末的纯度为4N以上。
[0016]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述氧化镓粉末和氧化铌粉末中氧化铌的配比为0.0001～0.8mol％。
[0017]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述氧化镓粉末和氧化铌粉末在有机溶剂中混合均匀。
[0018]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，使得所述氧化镓粉末和氧化铌粉末在有机溶剂中混合均匀为在密封环境下在球磨机中混料12h
‑
24h。
[0019]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，进行晶体生长包括：
[0020]对混合后的粉末进行烘干去除有机溶剂；
[0021]将混合后的粉末压制成料棒；
[0022]进行烧结使得氧化镓和氧化铌发生固相反应，形成多晶料；
[0023]提供籽晶，利用所述多晶料进行生长，获得掺杂氧化镓晶体。
[0024]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述烘干为在80℃～100℃下烘烤3h～6h。
[0025]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述烧结为在马弗炉中1400℃～1600℃烧结10h
‑
20h。
[0026]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述籽晶为氧化镓晶体。
[0027]可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述生长的速度为2～6mm/h，转速为5～15rpm。
[0028]本专利技术提供的掺杂氧化镓晶体及其制备方法，为氧化镓晶体经掺杂形成N型导电体，掺杂元素为铌，可以提供更多的自由电子，掺杂浓度范围为小于等于0.8mol％。本专利技术可以获得具有高载流子浓度和高导电性的氧化镓晶体，并且，通过对掺杂浓度的控制，能够得到不同电阻率和载流子浓度的氧化镓晶体。
附图说明
[0029]图1为本专利技术一实施例中掺杂氧化镓晶体的制备方法的流程图；
[0030]图2为不同铌掺杂浓度下，载流子、电阻率的变化示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合示意图对本专利技术的掺杂氧化镓晶体及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0032]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0033]本专利技术的主要思想是，提供一种掺杂氧化镓晶体，氧化镓晶体经掺杂形成N型导电体，掺杂元素为铌，掺杂浓度范围为小于等于0.8mol％。由此，本专利技术可以获得具有高载流子浓度和高导电性的氧化镓晶体，并且，通过对掺杂浓度的控制，能够得到不同电阻率和载流子浓度的氧化镓晶体。
[0034]本专利技术的主要反应机制如下：
[0035][0036]式2与现有技术中的式1比较可见，相对于IV族元素，+5价的Nb(铌)元素掺杂可以
比+4价元素提供更多的自由电子，由此可以达到本专利技术的效果。
[0037]本专利技术中所述氧化镓晶体为单斜晶系的β
‑
Ga2O3晶体，空间群为C2/m。所述铌掺杂浓度范围进一步可以为0.0001～0.8mol％。所述掺杂氧化镓晶体的电阻率在5.5
×
10
‑3～3.6
×
102Ω
·
cm，载流子浓度在9.55
×
10
16
～1.8
×
10
19
/cm3。如图1，示出了部分铌掺杂浓度下，载流子、电阻率的变化。
[0038]本专利技术中可能含有通常能够获得的原料在精制过程中不可避免地含有的元素和在工艺上不可避免地混入的杂质。上述元素和上述杂质，相对于全部构成成分，优选为10ppm以下，以确保所得掺杂氧化镓晶体的性能不受影响。
[0039]本专利技术的掺杂氧化镓晶体的制备可以采用光学浮区法进行生长，可以理解的是，本领域技术人员在本专利技术公开的基础上，能够适当的选择其他本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂氧化镓晶体的制备方法，通过所述制备方法将氧化镓晶体掺杂以形成N型导电体，其中掺杂元素为V族元素铌，退火后所述掺杂氧化镓晶体的电阻率在5.5
×
10
‑3～3.6
×
102Ω
·
cm，退火后所述掺杂氧化镓晶体的载流子浓度在9.55
×
10
16
～1.8
×
10
19
/cm3，所述制备方法包括：提供氧化镓粉末和氧化铌粉末，所述氧化镓粉末和氧化铌粉末中氧化铌粉末的配比为0.0001～0.8mol％，所述氧化铌粉末为五氧化二铌粉末；在有机溶剂中将所述氧化镓粉末和氧化铌粉末混合均匀；在所述氧化镓粉末和氧化铌粉末混合均匀后进行晶体生长，获得掺杂氧化镓晶体，其中进行晶体生长包括：对混合后的粉末进行烘干去除有机溶剂；将混合后的粉末压制成料棒；进行烧结使得氧化镓和氧化铌发生固相反应，形成多晶料；提供籽晶，利用所述多晶料进行生长，获得掺杂氧化镓晶体，其中所述掺杂氧化镓晶体的分子式为Ga
2(1
‑
x)
Nb
2x
O3。2.如权利要求1所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，其特征在于，所述氧化镓粉末的纯度为6N以上，所述氧化铌粉末的纯度为4N以上。3.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长泰，赛青林，周威，齐红基，
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：