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技术 | Technology – 材料
下一代重要材料 β-Ga O 3
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MOCVD 生长速度的增加为器件开发奠定了基础
AGNITRON TECHNOLOGY 公司 Ross Miller，Fikadu Alema 和 Andrei Osinsky 报道
氧 化镓（Ga 2 O 3 ）是一种非常有前途的材料， 克服。我们的努力表明，通过采用正确的方法，
MOCVD 已证明可支持高达每小时 10 微米的生长
可以用于制造功率器件和光电器件。它具
有很好的固有特性，初步器件测试表明，在高压 速度，这比以前的沉积速率高出一个量级以上 ；
开关中它可以比SiC和GaN功率器件更具有优势。 此外，还有比以前高得多的电子迁移率 ；而铝的
更重要的是，它有可能生产出高性能的日盲（太 含量可以达到互补 AlGaO 合金 40％以上。
阳光盲）紫外光电探测器。
这种超宽带隙材料有五种不同的晶型。最有 本征衬底
希望的是单斜晶多态型 β-Ga 2 O 3 。由于掺杂控制可 基于 β-Ga 2 O 3 技术的另一个吸引力在于可以
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以从 1×10 cm 直到 1×10 cm ，因此它具有非 获得本征衬底，这就克服了外延层和衬底晶格不
常大的 4.9eV 带隙能量，以及导电率可在很大范 匹配时，需要特殊的技术才能够实现高质量外延
层的生长。这种基础材料可以通过若干种技术实
围内变化的独特组合。因为拥有这些特性， β-Ga 2 O 3
可以承受可能导致 SiC 和 GaN 失效的电场强度。 现，包括边缘定义的薄膜馈电生长和 Czochralski
阻碍 β-Ga 2 O 3 基器件进展的是其外延层生长 技术。
方面的弱点。MOCVD，MBE 和 HVPE 都有缺点 生产本征衬底的一个巨大优势是它能够用来
限制了 β-Ga 2 O 3 及其相关合金厚膜的快速沉积， 生长极低缺陷密度的外延膜。这是生产具有高临
并且缺少支持功率器件和光电探测器商业化所需 界电场强度的电力电子器件的先决条件，因为缺
的材料性能。 陷是器件低于预期电场击穿的主要原因。
但是根据我们在位于明尼苏达州伊甸草原 此外，熔融技术，特别是用于制造无数硅衬
的 Agnitron 科技公司的工作，这些问题并非不可 底的 Czochralski 技术，已经通过扩大生产规模实
现了低的材料成本。假设有足够的需求，人们预
期 β-Ga 2 O 3 衬底的成本应该可以逐渐地与硅和蓝
宝石的成本相比拟。
注意，β-Ga 2 O 3 的商业化道路与 SiC 和 GaN
的道路明显不同。这些材料对于高电压操作具有
比硅更好的材料特性，但由于与衬底和工艺相关
的各种问题而面临着制造方面的挑战。这使得有
可能可以采用替代材料系统，包括 β-Ga 2 O 3 ，它
不会受到这些缺点的阻碍，并且可能为某些应用
提供差异化的性能。
图1.（a）基于体n+β-Ga 2 O 3 衬底上通过MBE生长的β-Ga 2 O 3 :Ge同质 我们最初参与 β-Ga 2 O 3 与功率器件无关，而
外延膜光电二极管的横截面图。（b）光学图像显示出了垂直肖特
基光电二极管的顶视图。 是与 UVC 光电探测器有关。我们与加州大学圣
20 化合物半导体 2018年第4期 www.compoundsemiconductorchina.net
