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超宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)相关研究进展 被引量：9
1
作者 王新月 张胜男 +3 位作者 霍晓青 周金杰 王健 程红娟 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第11期1995-2012,共18页
氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))是一种超宽禁带氧化物半导体材料,其相关研究起源于日本。21世纪初,日本东北大学利用浮区法获得了多晶向的高质量β-Ga_(2)O_(3)单晶晶圆,京都大学开展了β-Ga_(2)O_(3)薄膜外延研究并获得了高质量的同质外延片... 氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))是一种超宽禁带氧化物半导体材料,其相关研究起源于日本。21世纪初,日本东北大学利用浮区法获得了多晶向的高质量β-Ga_(2)O_(3)单晶晶圆,京都大学开展了β-Ga_(2)O_(3)薄膜外延研究并获得了高质量的同质外延片。在此基础上,日本信息通信研究机构于2012年构建了第一个β-Ga_(2)O_(3)金属半导体场效应晶体管(MESFET),证明了β-Ga_(2)O_(3)在功率器件领域拥有巨大潜能,开启了β-Ga_(2)O_(3)研发的新纪元。此后,国际上众多机构加入了β-Ga_(2)O_(3)单晶、外延、器件的研发潮流。随着研发工艺的进步,β-Ga_(2)O_(3)基功率器件的耐压上限一次次被刷新。本文梳理了β-Ga_(2)O_(3)单晶、外延、器件发展的时间线,汇总分析了β-Ga_(2)O_(3)功率器件的研究现状,指出存在的问题和可能的解决方案,并对其未来进行了展望,期望为以后的技术发展提供参考。 展开更多
关键词 氧化镓 晶体生长 外延 功率器件 浮区法 导模法超宽禁带半导体
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研磨和抛光参数对(001)面β-Ga_(2)O_(3)单晶衬底表面质量的影响
2
作者 高飞 王英民 +3 位作者 程红娟 张嵩 董增印 辛倩 《半导体技术》 北大核心 2025年第9期915-921,共7页
衬底的表面质量对卤化物气相外延(HVPE)法生长的同质外延薄膜的质量至关重要。研究了(001)面β-Ga_(2)O_(3)单晶衬底研磨和抛光工艺中研磨盘材质、研磨压力、抛光垫种类等参数对材料去除速率(v_(R))、表面粗糙度(R_(a))和表面质量的影... 衬底的表面质量对卤化物气相外延(HVPE)法生长的同质外延薄膜的质量至关重要。研究了(001)面β-Ga_(2)O_(3)单晶衬底研磨和抛光工艺中研磨盘材质、研磨压力、抛光垫种类等参数对材料去除速率(v_(R))、表面粗糙度(R_(a))和表面质量的影响。实验结果表明,采用树脂铜盘、树脂锡盘和SUBA800抛光垫配合3μm粒径的多晶金刚石液研磨,均可以实现塑性域去除,v_(R)分别为3.13、1.23、0.25μm/min,R_(a)分别为16.2、13.2和7.81 nm。在化学机械抛光(CMP)过程中,抛光垫的物性参数直接影响v_(R)和表面质量,采用阻尼布可以实现R_(a)小于0.2 nm、无亚表面损伤的原子级平整表面。采用此衬底进行HVPE法生长的同质外延薄膜形貌均匀,未发现加工相关的缺陷。 展开更多
关键词 (001)面β-Ga_(2)O_(3) 原子级平整 表面粗糙度 材料去除速率 化学机械抛光(CMP)
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3~4英寸Fe掺高阻β-Ga_(2)O_(3)单晶的制备及其性能研究 被引量：1
3
作者 霍晓青 张胜男 +3 位作者 周金杰 王英民 程红娟 孙启升 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期407-413,I0003,共8页
超宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)单晶以优异的耐高压性能和低成本的潜力,引起了研究者的广泛关注。本文采用导模法生长出了3~4英寸(1英寸=2.54 cm)Fe掺β-Ga_(2)O_(3)单晶,长度最大可达270 mm,一块晶坯可以获得多块大尺寸氧化镓单晶,有效... 超宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)单晶以优异的耐高压性能和低成本的潜力,引起了研究者的广泛关注。本文采用导模法生长出了3~4英寸(1英寸=2.54 cm)Fe掺β-Ga_(2)O_(3)单晶,长度最大可达270 mm,一块晶坯可以获得多块大尺寸氧化镓单晶,有效降低了晶体生长成本。对生长晶体的电学、光学和高分辨X射线衍射半峰全宽等性能参数进行了测试分析,数据表明晶片电学、光学和XRD半峰全宽一致性佳,晶体质量优异。对系列Fe掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶进行了性能研究,分析了Fe元素对β-Ga_(2)O_(3)单晶质量、带隙、晶格振动的影响。研究发现,不同Fe掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶的结晶质量佳,Fe元素可使β-Ga_(2)O_(3)单晶的带隙变宽,同时Fe掺杂使β-Ga_(2)O_(3)单晶产生了轻微的拉伸应力。本文研究为衬底外延和器件验证提供数据支撑。 展开更多
关键词 β-Ga_(2)O_(3)单晶 电阻率 透过率 RAMAN光谱 XRD半峰全宽
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不同晶面蓝宝石衬底上α-Ga_(2)O_(3)雾化学气相沉积法生长研究
4
作者 李雄杰 宁平凡 +4 位作者 陈世澳 乔思博 程红娟 王英民 牛萍娟 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期255-262,共8页
采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在不同晶面蓝宝石衬底上异质外延生长了α-Ga_(2)O_(3)薄膜,并利用XRD、SEM和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分析了薄膜样品的物相、光学特性和表面形貌。600℃以内,在C、M、A、R面蓝宝石衬底上生长纯相α-... 采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在不同晶面蓝宝石衬底上异质外延生长了α-Ga_(2)O_(3)薄膜,并利用XRD、SEM和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分析了薄膜样品的物相、光学特性和表面形貌。600℃以内,在C、M、A、R面蓝宝石衬底上生长纯相α-Ga_(2)O_(3)薄膜的温度窗口分别为420~480、480~550、590~600、540~600℃;对应纯相α-Ga_(2)O_(3)薄膜的光学带隙分别为5.12、5.23、5.25、5.21 eV。研究发现与C面蓝宝石衬底相比,在M、A、R面蓝宝石衬底上外延α-Ga_(2)O_(3)薄膜需要更高的生长温度,同时在M、A、R面蓝宝石衬底上获得的薄膜禁带宽度更大。样品表面形貌的SEM表征结果显示,不同晶面的α-Ga_(2)O_(3)薄膜表面形貌差异显著,C面蓝宝石衬底上α-Ga_(2)O_(3)薄膜存在“连续薄膜+大尺寸柱状岛”结构。本文关于不同晶面蓝宝石衬底外延α-Ga_(2)O_(3)薄膜的研究对α-Ga_(2)O_(3)材料的应用有一定参考价值。 展开更多
关键词 α-Ga_(2)O_(3) 蓝宝石衬底 雾化学气相沉积 异质外延 生长温度 禁带宽度
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硒添加量对硒化镉单晶电学和光学性能的影响研究
5
作者 窦瑛 王英民 +1 位作者 高彦昭 程红娟 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第8期1403-1409,共7页
采用有籽晶的高压布里奇曼法生长出CdSe单晶,并对不同Se添加量的CdSe单晶进行了性能研究。结果表明,添加的Se填充了单晶中的V_(Se),降低了Cd/Se质量比,并未影响晶体的Raman特征峰。进而对添加Se的CdSe晶体的电学性能、光学性能和夹杂相... 采用有籽晶的高压布里奇曼法生长出CdSe单晶,并对不同Se添加量的CdSe单晶进行了性能研究。结果表明,添加的Se填充了单晶中的V_(Se),降低了Cd/Se质量比,并未影响晶体的Raman特征峰。进而对添加Se的CdSe晶体的电学性能、光学性能和夹杂相进行了分析,数据表明,添加的Se填充V_(Se)后,降低了CdSe单晶中的自由载流子浓度,提升了单晶电阻率,减弱了自由载流子对红外光子的吸收,同时添加Se增强了CdSe单晶结构的稳定性,降低了夹杂相密度,二者协同作用,优化了CdSe单晶的电学和光学性能,CdSe单晶呈现出高电阻率,达到10^(8)Ω·cm以上,8~12μm波段红外透过率提升到69%,为其在长波红外固体激光器等领域的应用提供了借鉴意义。 展开更多
关键词 CdSe单晶 添加Se 电阻率 红外透过率 夹杂相密度 电学性能 光学性能
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PVT法氮化铝晶体铝面、氮面生长对比分析 被引量：1
6
作者 史月增 王增华 +2 位作者 程红娟 张丽 殷利迎 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第12期2240-2245,共6页
在氮气环境下用PVT方法生长氮化铝过程中,氮面和铝面由于表面化学性质不同,生长的主要化学反应速度存在差异。原子在生长表面的迁移能力不同造成单晶表面生长方式差异较大。在基本相同条件下(生长温度、生长温差、生长气压、类似的籽晶... 在氮气环境下用PVT方法生长氮化铝过程中,氮面和铝面由于表面化学性质不同,生长的主要化学反应速度存在差异。原子在生长表面的迁移能力不同造成单晶表面生长方式差异较大。在基本相同条件下(生长温度、生长温差、生长气压、类似的籽晶、同一台生长设备)进行了铝、氮面氮化铝单晶晶体生长。为了更明显地表现铝氮面的差异,将同一片籽晶分为两半,翻转其中一半让铝氮面同时生长。铝面生长较好的区域形成了明显的晶畴,而氮面生长时生长较好的部分出现了明显的生长台阶,并出现了晶畴边界被生长台阶湮灭的生长现象,进一步通过AFM观测到铝面生长台阶平整但被缺陷所阻隔,晶畴发育明显为各晶畴独立生长。氮面生长台阶没有铝面规则但连续性较强,在原来晶畴边界位置也出现了连续的生长台阶(或台阶簇)。所以籽晶质量不高时氮面生长更容易提高晶体质量,后续的XRD测量结果也证明了氮面生长后的晶体质量明显高于铝面生长的晶体质量。 展开更多
关键词 氮化铝 物理气相传输 铝面生长 氮面生长 迁移能 晶畴
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Ga_(x)In_(1-x)P氢化物气相外延制备工艺及性能研究进展
7
作者 张嵩 程文涛 +4 位作者 王健 程红娟 闫礼 孙科伟 董增印 《半导体技术》 CAS 北大核心 2022年第4期266-273,共8页
对Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体Ga_(x)In_(1-x)P材料的性质、应用和外延工艺的发展进行了简单阐述,重点介绍了Ga_(x)In_(1-x)P材料的氢化物气相外延(HVPE)制备工艺对Ga_(x)In_(1-x)P外延层质量和Ga_(x)In_(1-x)P太阳电池性能的影响,并对国外研... 对Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体Ga_(x)In_(1-x)P材料的性质、应用和外延工艺的发展进行了简单阐述,重点介绍了Ga_(x)In_(1-x)P材料的氢化物气相外延(HVPE)制备工艺对Ga_(x)In_(1-x)P外延层质量和Ga_(x)In_(1-x)P太阳电池性能的影响,并对国外研究中用于制备Ga_(x)In_(1-x)P材料的垂直和水平HVPE结构设计、外延的原理和工艺改进、Ga_(x)In_(1-x)P太阳电池的结构等对外延层质量和相关器件性能的影响进行了评述,总结了近年来HVPE法制备Ga_(x)In_(1-x)P材料在太阳电池领域的研究进展,HVPE有望代替MOCVD而成为Ga_(x)In_(1-x)P的主流制备工艺。最后,对HVPE法制备Ga_(x)In_(1-x)P太阳电池的研究成果和难点以及未来研究的重点进行了总结,并对国内在该领域的研究工作指明了方向。 展开更多
关键词 Ⅲ-Ⅴ族化合物 Ga_(x)In_(1-x)P 氢化物气相外延(HVPE) 外延层 太阳电池
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降温速率对DAST单晶生长的影响
8
作者 孟欢 杨瑞霞 +2 位作者 王健 王增华 马林 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第2期253-259,共7页
使用籽晶法通过调整降温速率生长出高质量4-N,N-二甲胺基-4′-N′-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐(DAST)晶体,研究了降温速率对DAST晶体结晶质量、光学特性及太赫兹输出特性的影响。通过核磁共振分析表征了合成原料的结构和纯度。使用X射线衍... 使用籽晶法通过调整降温速率生长出高质量4-N,N-二甲胺基-4′-N′-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐(DAST)晶体,研究了降温速率对DAST晶体结晶质量、光学特性及太赫兹输出特性的影响。通过核磁共振分析表征了合成原料的结构和纯度。使用X射线衍射仪对生长晶体的(001)面进行X射线摇摆曲线测试,测试结果表明在降温速率为0.1℃/d条件下获得的晶体质量最佳,其摇摆曲线半高宽(FWHM)为57.6″。此条件下生长的晶体在780~1576 nm波长范围内光透过率达65%。使用差频法从DAST晶体中产生了0.1~20 THz范围内的宽频可调谐太赫兹波,在18.8 THz处得到太赫兹波最大输出能量为0.477μJ/脉冲,对应的能量转换效率达5.31×10^(-5)。 展开更多
关键词 DAST晶体 籽晶法 降温速率 透过率 太赫兹波 摇摆曲线
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NH3流量调控Ⅴ/Ⅲ比对HVPE生长GaN薄膜的影响
9
作者 潘大力 杨瑞霞 +1 位作者 张嵩 董增印 《半导体技术》 CAS 北大核心 2021年第2期152-157,共6页
氢化物气相外延(HVPE)法具有生长成本低、生长条件温和、生长速率快等优点,被认为是生长高质量GaN单晶衬底的最有潜力的方法。为了优化HVPE生长GaN的条件,通过改变NH3流量调控Ⅴ/Ⅲ比(NH3流量与HCl流量之比)。通过建立简单的生长模型,... 氢化物气相外延(HVPE)法具有生长成本低、生长条件温和、生长速率快等优点,被认为是生长高质量GaN单晶衬底的最有潜力的方法。为了优化HVPE生长GaN的条件,通过改变NH3流量调控Ⅴ/Ⅲ比(NH3流量与HCl流量之比)。通过建立简单的生长模型,对不同Ⅴ/Ⅲ比下GaN薄膜形态变化的机理进行了分析,研究了HVPE生长过程中氮源(Ⅴ族)和镓源(Ⅲ族)不同流量比对结晶质量和表面形貌的影响。实验结果表明,低Ⅴ/Ⅲ比会导致成核密度低,岛状晶胞难以合并;高Ⅴ/Ⅲ比会降低表面Ga原子的迁移率,导致表面高度差异大,结晶质量差。与Ⅴ/Ⅲ比为15.000和28.125相比,Ⅴ/Ⅲ比为21.250时更适合GaN薄膜生长,得到的晶体质量最高。 展开更多
关键词 GAN 氢化物气相外延(HVPE) Ⅴ/Ⅲ比 NH3流量 形态变化模型
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