【国内论文】山东大学陶绪堂教授研究团队——利用 EFG 法生长的 2 英寸直径 (010) 主面 β-Ga₂O₃ 单晶体

        研究作者感谢国家自然科学基金（Grant Number: U23A20358，51932004）、广东省重点研发计划（Grant Number: 2020B010174002）、山东省自然科学基金（ZR2023ZD05，2022TSGC2120）、深圳市基础研究计划（Grant Number: GJHZ20220913142605011）和111项目2.0（Grant Number: BP2018013）的资助。山东大学实验室建设与管理研究项目（Grant Number: sy20233203）

        （010）取向的 β-Ga₂O₃ 衬底具有最高的热导率和最快的同质外延生长速率，是高功率器件首选的衬底方向。然而，在商业化的边缘限定薄膜供料提拉生长（EFG）法中，（010）平面晶片的尺寸受限。由于（100）和（001）是解理面，生长具有（010）主面的 β-Ga₂O₃ 晶体十分困难。本文成功设计并采用改进的 EFG 法生长了 2 英寸直径的（010）主面 β-Ga₂O₃ 单晶。与先前报道的技术不同，单晶的拉伸方向为 [001]，通过这种方式可以获得（010）晶面。实验中，（010）主面大块晶体中容易产生树状缺陷（TLDs）。文章深入讨论了生长界面的稳定性与 TLDs 产生之间的关系。通过优化生长条件，成功消除了 TLDs。通过半峰全宽（FWHM）50.4 弧秒和（010）平面的取向一致性，全面展示了（010）取向基片的高晶体质量。本研究表明，可以通过 EFG 法获得（010）取向的衬底，预测了大规模（010）取向 β-Ga₂O₃ 衬底的商业前景。

图 1. (a) 利用 EFG 法生长的 (010) 主面 β-Ga₂O₃ 体晶体示意图。(b) TLD 的（010）主面宏观形貌图，显示出演化过程中明显的分支趋势，（001）拉伸方向从右到左。(c) (b)中红色矩形块的放大形态图像。(d) (b)中黄色矩形块的 TLD 显微形态图像。(e) 直径为 2 英寸（010）的主面非 TLD β-Ga₂O₃ 单晶体。

图 2.（a）(010) 主面 β-Ga₂O₃ 块状晶体生长早期截面的扫描电镜图像，带分支的明亮区域为横截面 TLDs，（b）-（f）的放大图像为（a）中不同位置的黄色矩形块，（b）的位置为 TLDs 的终止点，显示了对 β-Ga₂O₃ 块状晶体晶体结构的破坏作用。(g) 同一块晶后期生长横截面的扫描电镜图像，亮区为横截面上的 TLDs，显示出比（a）中早期更差的表面形貌，（g）中还标出了（h）和（i）的放大图像，表明 TLDs 正在严重恶化。

原文链接：

https://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/24110029