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垂直布里奇曼法生长4英寸Fe掺杂(010)β-氧化镓及其性能表征OA

Growth and Properties of 4-Inch Fe Doped(010)β-Gallium Oxide Using Vertical Bridgman Method

中文摘要英文摘要

本文采用自主设计的垂直布里奇曼(VB)晶体生长系统,结合仿真迭代优化温场结构,成功实现了以微凸固液界面与适宜温度梯度生长大尺寸、高质量的Fe掺杂β相半绝缘氧化镓(β-Ga2O3)单晶.经加工制备出高质量的4英寸(010)取向半绝缘衬底.对该衬底的结晶质量、表面形貌及电学性能进行系统表征.测试结果表明,衬底无裂纹等宏观缺陷,X射线摇摆曲线半峰全宽(FWHM)均低于50″,显示出优良的结晶质量.表面形貌分析显示,衬底最大表面粗糙度为0.074 nm,局部厚度偏差(LTV)小于3.4 µm,总厚度偏差(TTV)为4.157 µm,翘曲度(Warp)和弯曲度(Bow)分别为5.886和1.103 µm,说明衬底加工质量良好.电学测试表明,衬底平均电阻率达7.9×1010 Ω·cm,面内不均匀性为7.77%,证明VB法在实现均匀掺杂方面表现优异,具备应用于微波射频(RF)器件的潜力.

In this study,a self-built vertical Bridgman(VB)system was utilized to grow large-size,high-quality Fe-doped β-Ga2O3 single crystals.Through iterative thermal field optimization via simulation,slightly convex solid-liquid interface and appropriate temperature gradient were achieved.The as-grown crystal was further processed into a high-quality 4-inch(010)oriented semi-insulating substrate.Comprehensive evaluations of crystallinity,surface morphology,and electrical properties were carried out.The substrate exhibits no macroscopic defects such as cracks.Multi-point X-ray rocking curve measurements show full width at half maximum(FWHM)values all below 50″,indicating superior crystalline quality.Surface topography tests reveal a maximum roughness of 0.074 nm,local thickness variation(LTV)below 3.4 µm,total thickness variation(TTV)of 4.157 µm,warp of 5.886 µm,and bow of 1.103 µm,demonstrating excellent processing quality.Moreover,the substrate displays high average resistivity of approximately 7.9×1010 Ω·cm with an in-plane inhomogeneity of about 7.77%,underscoring the effectiveness of VB method in achieving uniform doping distribution and its potential for radio frequency(RF)and microwave device applications.

李明;叶浩函;王琤;沈典宇;王芸霞;王嘉君;夏宁;张辉;杨德仁

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数理科学

氧化镓宽禁带半导体晶体生长垂直布里奇曼单晶衬底掺杂

Ga2O3wide-bandgap semiconductorcrystal growthvertical Bridgmansingle crystal substratedoping

《人工晶体学报》 2026 (1)

52-57,6

浙江省"尖兵""领雁"研发攻关计划(2023C01193)国家重点研发计划(2024YFE0205300)

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