日本團(tuán)隊(duì)采用新技術(shù)制備氧化鎵晶體

作為一種新興的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，氧化鎵具備大禁帶寬度（4.8eV）、高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)（8MV/cm）和良好的導(dǎo)通特性，與碳化硅和氮化鎵相比，氧化鎵在大功率和高頻率應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，且導(dǎo)通電阻更低，損耗更小。

目前，中國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)的研究機(jī)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)在氧化鎵材料的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面都取得了一定的進(jìn)展。其中，廈門(mén)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在氧化鎵外延生長(zhǎng)技術(shù)和日盲光電探測(cè)器制備方面取得了重要進(jìn)展，利用分子束外延技術(shù)（MBE）實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、低缺陷密度的外延薄膜生長(zhǎng)，推動(dòng)了氧化鎵薄膜高質(zhì)量異質(zhì)外延的發(fā)展；中國(guó)電科46所通過(guò)改進(jìn)熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)和晶體生長(zhǎng)工藝，成功制備出國(guó)內(nèi)首片高質(zhì)量氧化鎵單晶。

韓國(guó)方面，7月22日，韓國(guó)化合物半導(dǎo)體公司Siegtronics宣布，其已開(kāi)發(fā)出可應(yīng)用于高速開(kāi)關(guān)的氧化鎵肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）。Siegtronics表示，其通過(guò)“開(kāi)發(fā)具有低缺陷特性的高級(jí)氧化鎵外延材料和擊穿電壓為1kV或更高的功率器件技術(shù)”項(xiàng)目，成功研制出了韓國(guó)首個(gè)1200V級(jí)氧化鎵SBD。

日本方面，近日，由日本東北大學(xué)孵化的創(chuàng)業(yè)公司C&A的社長(zhǎng)鐮田圭和東北大學(xué)材料研究所吉川彰教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了不使用貴金屬坩堝的新型晶體生長(zhǎng)方法——冷坩堝氧化物晶體生長(zhǎng)法（Oxide Crystal growth from Cold Crucible method，OCCC），成功地培育出了最大直徑約5cm的氧化鎵晶體。

source：nature

該項(xiàng)目的研究人員表示，傳統(tǒng)的晶體生長(zhǎng)方法使用貴金屬銥作為盛放坩堝，長(zhǎng)晶成本高且制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氧缺陷。而在此次開(kāi)發(fā)中，團(tuán)隊(duì)以skull melting method為基礎(chǔ)，通過(guò)開(kāi)發(fā)C&A公司的獨(dú)創(chuàng)設(shè)備，成功地在不使用貴金屬坩堝的情況下生產(chǎn)出了高質(zhì)量的氧化鎵晶體。并且由于這種方法不涉及銥的氧化，因此在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氣體沒(méi)有限制，熔體可以在生長(zhǎng)氣氛中保持任意氧濃度，這有望顯著控制生長(zhǎng)過(guò)程中晶體的氧缺陷。

氧化鎵晶體因其優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)特性，在電力電子器件、高功率激光器和紫外探測(cè)器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著各國(guó)在氧化鎵領(lǐng)域持續(xù)取得新進(jìn)展，氧化鎵材料有望加速實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。