【国际论文】通过掺杂钽实现 β-Ga₂O₃ 单晶衬底的低导通电阻和高载流子迁移率

        由英国布里斯托大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Electronic Materials 发布了一篇名为 Low On-Resistance and High Carrier Mobility in β-Ga₂O₃ Single-Crystal Substrates through Tantalum Doping（通过掺杂钽实现 β-Ga₂O₃ 单晶衬底的低导通电阻和高载流子迁移率）的文章。

摘要

        掺杂和电子迁移率在决定 β-Ga₂O₃ 单晶衬底的导电性方面起着至关重要的作用。这项工作提出钽 (Ta) 作为一种有效的 n 型掺杂剂，将其作为 β-Ga₂O₃ 衬底中更常规使用的锡 (Sn) 的替代品。使用光学浮区技术生长了掺杂有 0.05 mol % Sn 和 Ta 的 β-Ga₂O₃ 单晶。结构和光学分析表明，与研究材料中的 Sn 掺杂晶体相比，Ta 掺杂 β-Ga₂O₃ 的晶体质量更高。两种类型的掺杂晶体均表现出高光学透明度和接近 4.7 eV 的带隙。在熔体中使用相同量的源材料，拉曼分析表明 Ta 原子比 Sn 原子更易于掺入 β-Ga₂O₃ 晶格，这一发现通过电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES) 分析得到了进一步验证。对于载流子浓度为 7 × 10¹⁷ cm^–3 的 Ta 掺杂 β-Ga₂O₃ 衬底，霍尔迁移率为 138 cm²/(V s)，这是熔体生长 β-Ga₂O₃ 衬底报道的最高值之一。在 Ta 掺杂衬底上的垂直肖特基势垒二极管表现出 0.46 ± 0.03 mΩ-cm² 的低比导通电阻，与增强的衬底导电性一致。

图 1：（a）OFZ 安装示意图；（b）进料棒；（c、d）Sn- 和 Ta 掺杂的 β-Ga₂O₃（0.05 mol %）样品的生长晶体；（e）CMP 之后的 Sn- 和 Ta 掺杂的 β-Ga₂O₃（0.05 mol %）晶片。

图 2：（a）掺杂源材料浓度为 0.05 mol %的 Sn- 和 Ta 掺杂的 β-Ga₂O₃ 单晶的 XRD 曲线和（b）拉曼光谱。(c、d）分别为 Sn- 和 Ta 掺杂的 β-Ga₂O₃ 的摇摆曲线 XRD。

DOI：

doi.org/10.1021/acsaelm.4c01857