[发明专利]掺杂氧化镓晶体及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种掺杂氧化镓晶体及其制备方法。本发明提供的掺杂氧化镓晶体，为氧化镓晶体经掺杂形成N型导电体，掺杂元素为铌，掺杂浓度范围为小于等于0.8mol％。本发明可以获得具有高载流子浓度和高导电性的氧化镓晶体，并且，通过对掺杂浓度的控制，能够得到不同电阻率和载流子浓度的氧化镓晶体。

技术领域

本发明涉及人工晶体技术领域，特别是涉及一种掺杂氧化镓晶体及其制备方法。

背景技术

β-Ga₂O₃(氧化镓)是一种直接带隙宽禁带半导体材料，禁带宽度约为4.8～4.9eV。它具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度快、热导率高、击穿场强高、化学性质稳定等诸多优点，从深紫外(DUV)到红外区域(IR)都是透明的，与传统透明导电材料(TCOs)相比，可以制备波长更短的新一代半导体光电器件。

纯的β-Ga₂O₃晶体表现为半绝缘或较弱的N型导电，目前已知的提高β-Ga₂O₃晶体的N型导电能力的主要方法是进行4价离子的掺杂，主要包括第四主族和第四副族的Si、Hf、Ge、Sn、Zr、Ti等。以Si为例，其提高载流子浓度的主要机理反应如下

从上式可以看出，4价元素掺杂提供自由电子的理论极限能力约为1:1，随着掺杂浓度提高，晶体结晶困难增加，电导率提高程度有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂氧化镓晶体及其制备方法，提高氧化镓晶体的导电能力，并且获得载流子浓度和电阻率可调节的氧化镓晶体。

为解决上述技术问题，本发明提供一种掺杂氧化镓晶体，氧化镓晶体经掺杂形成N型导电体，掺杂元素为铌，掺杂浓度范围为小于等于0.8mol％。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体，所述氧化镓晶体为单斜晶系的β-Ga₂O₃晶体。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体，铌掺杂浓度范围为0.0001～0.8mol％。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体，所述掺杂氧化镓晶体的电阻率在5.5×10^-3～3.6×10²Ω·cm，载流子浓度在9.55×10¹⁶～1.8×10¹⁹/cm³。

本发明还提供一种掺杂氧化镓晶体的制备方法，包括：

提供氧化镓粉末和氧化铌粉末，氧化铌的配比为小于等于0.8mol％；

使得所述氧化镓粉末和氧化铌粉末混合后进行晶体生长，获得掺杂氧化镓晶体。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述氧化镓粉末的纯度为6N以上，所述氧化铌粉末的纯度为4N以上。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述氧化镓粉末和氧化铌粉末中氧化铌的配比为0.0001～0.8mol％。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，所述氧化镓粉末和氧化铌粉末在有机溶剂中混合均匀。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，使得所述氧化镓粉末和氧化铌粉末在有机溶剂中混合均匀为在密封环境下在球磨机中混料12h-24h。

可选的，对于所述的掺杂氧化镓晶体的制备方法，进行晶体生长包括：

对混合后的粉末进行烘干去除有机溶剂；

将混合后的粉末压制成料棒；

进行烧结使得氧化镓和氧化铌发生固相反应，形成多晶料；