新闻动态
【国内新闻】山东大学研究团队在氧化镓的研究新进展
日期：2023-10-20阅读：238
山东大学 · Ni掺杂β-Ga2O3单晶的光、电特性研究
作为超宽禁带半导体材料之一，Ga2O3禁带宽度高达4.8 eV，理论击穿场强为8 MV/cm，是继GaN和SiC之后的下一代超宽禁带半导体材料，在高压电力控制、射频通信、日盲探测、恶劣环境信号处理等方面有着广阔的应用前景。近年来，4~6英寸氧化镓单晶生长技术取得突破性进展，极大地推动了氧化镓相关材料及器件的研究，正成为国际上超宽禁带半导体领域的研究和产业热点。
山东大学晶体材料国家重点实验室贾志泰教授、陶绪堂教授课题组在《人工晶体学报》2023年第8期发表了题为《Ni掺杂β-Ga2O3单晶的光、电特性研究》（第一作者：陈绍华；通信作者：穆文祥、贾志泰）的研究论文。论文通过导模法生长了Ni掺杂β-Ga2O3单晶，其晶体的结晶质量较高，近红外波段未见明显的光吸收，具有半绝缘的电学性能，且光学带隙约为4.74 eV，紫外截止边仍在日盲波段内，可用于制备高温、高压以及大功率器件。
EFG法生长所获得的Ni掺杂β-Ga2O3晶体样品整体呈黄褐色（见图1(a)）。根据ICP测试结果（见表1）可知Ni实际掺入浓度为0.00645%，掺杂颜色较为均匀。PXRD测试结果（见图1(b)）表明，所生长晶体均为β相，无其他杂相的存在。不同点的劳厄衍射结果（见图2）证明晶体的单晶性较好，内部无多晶存在。
图1 Ni掺杂β-Ga2O3单晶照片(a)及其PXRD图谱(b)
表1 Ni掺杂β-Ga2O3晶体的ICP测试结果
图2 Ni掺杂β-Ga2O3单晶(100)面不同位置的劳厄衍射图样
0.5 mm厚度Ni掺杂β-Ga2O3晶体的紫外-可见透过光谱（见图3）显示，其紫外截止边为252.9 nm，光学带隙为4.74 eV，相比本征Ga2O3晶体（4.76 eV）变化较小，且紫外截止边仍处于200~280 nm的日盲波段。
图3 Ni掺杂β-Ga2O3单晶的紫外-可见光谱结果。(a)透过光谱;(b)(αhν)2和hν的Tauc图
Ni掺杂β-Ga2O3晶体的红外透过光谱（见图4）显示其在红外及近红外波段都保持较高的透过率；阴极荧光光谱（见图5）显示：晶体在240~600 nm的最大峰强在394 nm处，相比本征Ga2O3晶体红移了24.1 nm；在560~800 nm出现了明显的峰，最大峰强出现在695.1 nm处。说明Ni掺杂使Ga2O3晶体具有了一定宽带近红外发光特性，为β-Ga2O3晶体提供了用于宽带近红外发光器件领域的可能性。
图4 Ni掺杂β-Ga2O3单晶的红外透过光谱
图5 Ni掺杂β-Ga2O3单晶的CL光谱测试结果。(a)紫外-可见波段;(b)可见-近红外波段
结 论
本文使用导模法生长了高质量Ni掺杂β-Ga2O3单晶。XRD图谱及劳厄衍射图样显示，晶体的结晶质量较高，晶体结构未因为掺杂发生改变。晶体的近红外波段未见明显的光吸收，具有半绝缘的电学性能，其光学带隙约为4.74 eV，紫外截止边仍在日盲波段内，作为半绝缘衬底可用于制备高温、高压以及大功率器件。本研究通过CL光谱发现了Ni掺杂β-Ga2O3单晶在600~800 nm波段的宽带近红外发光特性，表明其在宽带近红外领域具有较高的应用前景，为β-Ga2O3器件的丰富和快速发展提供了参考。
金刚石线锯锯切β-Ga2O3晶体应力场分析
单位：山东省科技服务发展推进中心；山东大学机械工程学院
摘 要
作为典型的硬脆材料，氧化镓晶体(β-Ga2O3)加工时易裂解。金刚石线锯是生产β-Ga2O3晶片的主要方式，切片加工过程中会在晶片表面产生微裂纹损伤层，应力作用下微裂纹会发生扩展，导致材料破碎和断裂。本文建立了金刚石线锯多线切割β-Ga2O3(010)晶面的有限元模型，研究了锯切过程中机械应力、热应力和热力耦合应力的分布变化规律，分析了锯丝速度、进给速度和恒速比下不同参数组合对热力耦合应力的影响。结果表明，锯切过程中锯切热产生的热应力占据热力耦合应力的主导地位，锯切力引起的机械应力占比较小，但机械应力会影响热力耦合应力的分布情况，锯丝速度和进给速度的增加会引起热力耦合应力的增加。
锯切β-Ga2O3晶体有限元模型
