圖1?W:β-Ga2O3晶體的透射光譜(a)及光學(xué)帶隙(b)

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部研究團(tuán)隊聯(lián)合高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊在n型β-Ga2O3單晶光電性能調(diào)控方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Tungsten donors doping in β-gallium oxide single crystal”為題發(fā)表于Applied Physics Letters。

β-Ga2O3作為新型極/超寬禁帶半導(dǎo)體材料，性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛、潛力巨大。Ga2O3單晶作為功率器件應(yīng)用的前提是需要有效的對β-電學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控，因此β-Ga2O3單晶的光電性能調(diào)控，一直備受關(guān)注。W6+離子作為潛在的n型三電子施主，取代Ga3+離子以后，有望極大提高載流子的激活效率。而W6+離子半徑(60 ?)與Ga3+離子半徑(62 ?)相近，當(dāng)W取代Ga以后，其失配度也更小。因此，研究W6+離子引入β-Ga2O3單晶后引起的光電性能提升極具意義。

研究團(tuán)隊采用光學(xué)浮區(qū)法，首次成功生長出摻W濃度分別為0.01 mol%、0.05 mol%和0.1 mol%的β-Ga2O3單晶，并對晶體結(jié)構(gòu)與光電性能開展了研究。晶體在可見光范圍都具有良好的透過性能，透過率在70 % ~ 80 %之間，W:β-Ga2O3晶體在紅外區(qū)的透過率隨著W濃度的升高而降低。W:β-Ga2O3晶體的紫外吸收截止邊出現(xiàn)在255 nm，W的摻入使W:β-Ga2O3晶體在紫外波段約268 ~ 275 nm的吸收肩出現(xiàn)了趨于平滑的趨勢。通過計算，W:β-Ga2O3晶體光學(xué)帶隙在4.72 ~ 4.74 eV左右。W的摻入可將β-Ga2O3單晶的載流子濃度從9.55 × 1016 cm-3提高到3.92 × 1018 cm-3。研究表明W6+離子作為優(yōu)異的n型施主，極大地提高了β-Ga2O3的導(dǎo)電性能，拓寬了對β-Ga2O3單晶電學(xué)性能調(diào)控的實現(xiàn)途徑。該研究成果為n型β-Ga2O3單晶電學(xué)性能的提升提供了新的選擇方案，對于推進(jìn)β-Ga2O3功率器件的應(yīng)用具有重要的科學(xué)價值。

表1?W:β-Ga2O3晶體室溫霍爾性能測試結(jié)果

該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。

審核編輯 黃宇