XRT 在Ga2O3宽禁带半导体中的应用

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背景介绍

在前面的文章中，我们介绍了XRT在第一代Si和Ge，第二代GaAs和InP、第三代SiC和GaN中应用，参见图1。随着半导体技术成熟和行业应用需求的增长，超宽禁带半导体材料Ga₂O₃的逐渐引起业界的注意。β-Ga₂O₃单晶是一种新型直接带隙超宽禁带半导体，相比于其它第三代半导体SiC和GaN，它具有禁带宽度更大（4.9eV）、吸收截止边更短、生长成本更低等突出优点。这就意味着：使用β-Ga₂O₃研制的器件将具有更小导通损耗和更高的功率转换效率，在高压、高功率器件中具有良好的应用前景^[2]。

图1不同半导体材料禁带宽度及应用^[1]

β-Ga₂O₃在日盲紫外（200~280 nm）探测领域也有着广阔的应用前景。氧化镓的禁带宽度为4.8-4.9eV，对应吸收带边位于250 nm左右，无须类似于AlGaN、ZnMgO的合金化工艺，是制作日盲紫外探测器的理想材料。相对于传统的可见光和红外探测，日盲紫外探测具有背景噪声低、灵敏度高、抗干扰能力强的固有优势，能有效降低虚警率，减少信号处理难度，可用于导弹逼近预警、卫星通信、各种环境监测、海上搜救、无人机自动着舰导引、化学生物探测等诸多领域。

表1 β-Ga₂O₃基本性质

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最新进展

2023年12月，日本Novel Crystal Technology宣布采用垂直布里奇曼（VB）法成功制备出直径6英寸的β型氧化镓（β-Ga₂O₃）单晶。通过增加单晶衬底的直径和质量，可以降低β-Ga₂O₃功率器件的成本。Novel Crystal Technology此前已开发出采用 EFG（边缘定义薄膜生长）方法的单晶制造技术。我们已经开发了2英寸和100毫米基板，并将其出售用于研究和开发目的。然而，为了广泛普及β-Ga₂O₃功率器件应用率，降低成本至关重要，因此决定致力于增加单晶衬底的直径。
采用VB法生长β-Ga₂O₃单晶的技术由信州大学发明，目前已生产出2英寸和4英寸的单晶。Novel Crystal Technology继承了信州大学的培育技术，决定制造大直径、高品质的β-Ga₂O₃基板。
VB法是将装有原料的坩埚存放在具有温度梯度的炉子中，待原料熔化后，将坩埚拉起并凝固的生长方法。因此，获得与坩埚形状相同的晶体。由于熔体在坩埚中凝固，因此还具有能够生产多种表面取向的基材的优点。此外，由于它可以在温度梯度小的环境中生长，因此与EFG法等提拉法相比，可以获得更高质量的晶体。还可以改善掺杂剂浓度的面内均匀性。
使用VB法6英寸晶体生长装置生产的晶体从籽晶到最终凝固部分都是透明的，表明它是单晶。最宽的恒定直径部分的直径超过6英寸。

图2 VB法示意图

图3 β-Ga₂O₃单晶

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XRT评价Ga₂O₃晶体质量

日本产业技术综合研究所利用理学XRT对上述Ga₂O₃晶体缺陷进行评价，对VB法和EFG法生长的单晶基板的质量进行了评价。结果发现，在使用EFG方法制造的基板中以高密度出现线状缺陷。与此相对，可以确认在利用VB法制造的基板中几乎没有产生线状缺陷。

图4 EFG和VB单晶比较

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关于XRT介绍

XRT (X-ray Topography)是利用X射线的布拉格衍射原理和晶格畸变（缺陷）造成特征峰宽化和强度变化等特性，结合X射线形貌技术，可以对晶体内缺陷进行成像。XRT检测技术最大的优点就是实现晶体缺陷的无损检测，在不破坏晶圆的情况下实现2-12英寸半导体晶体中线缺陷、面缺陷和体缺陷的检测和表征。

更多详细信息或应用需求请联系我们联系人：王经理，18612502188

注：

[1] 第三代半导体-氮化镓(GaN) 技术洞察报告,P3;

[2] http://upmop.com/jtxl/ga2o3/201712/t20171211_390555.html

[3] 公众号：旺材芯片，《重磅，日本实现了六英寸氧化镓》