[发明专利]一种Ga2

说明书

本发明公开一种Ga₂O₃单晶及其制备方法，方法包括以下步骤：以易挥发的金属氧化物和Ga₂O₃为原料，进行晶体生长，得到掺杂M的Ga₂O₃单晶，所述M表示所述金属氧化物中的金属；将所述掺杂M的Ga₂O₃单晶置于富氧气氛下进行退火处理，使所述掺杂M的Ga₂O₃单晶中的M去除，得到所述Ga₂O₃单晶。本发明通过先进行阳离子替换，再进行退火去除的方法，有效提高了Ga₂O₃单晶中的本征镓空位浓度，从而实现受主类补偿，制备得到高绝缘性的Ga₂O₃单晶。另外，由于镓空位具有较大的激活能，在常规使用的高温下无法激活，从而实现了稳定的受主补偿效果，有效确保了Ga₂O₃单晶高阻的效果。

技术领域

本发明涉及晶体技术领域，尤其涉及一种Ga₂O₃单晶及其制备方法。

背景技术

β-Ga₂O₃的本征导电性表现为弱的n型导电(自由电子导电)，针对自由电子的来源，主要有以下两种观点：一是生长过程中产生的氧空位缺陷 (V_O)，后续随着理论计算和分析的深入，逐渐认为V_O是一种深能级施主，常温下不能提供自由电子；二是原料本身伴生的高价杂质，如Si、Sn等，形成了如Si′_Ga类的替位缺陷，这就使得氧化镓的高阻和p型难以实现。

日本田村制作所在专利CN105008597B中提到了一种掺Fe实现高阻的单晶制备方法，通过Fe形成的缺陷中心捕获自由电子，实现了常温下电阻率2×10¹²Ω·cm的效果，并认为其优于Mg的掺杂效果。

近期研究发现，Fe在Ga₂O₃中的激活能仅为0.8eV左右，在400K时就可以有效激活，表现为弱n型，导致又形成低电阻的Ga₂O₃单晶，在高温环境使用中失效，无法确保获得高阻Ga₂O₃单晶的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Ga₂O₃单晶及其制备方法，旨在解决现有方法无法获得稳定的高阻Ga₂O₃单晶的问题。

本发明的技术方案如下：

一种Ga₂O₃单晶的制备方法，其中，包括以下步骤：

以易挥发的金属氧化物和Ga₂O₃为原料，进行晶体生长，得到掺杂M 的Ga₂O₃单晶，所述M表示所述金属氧化物中的金属；

将所述掺杂M的Ga₂O₃单晶置于富氧气氛下进行退火处理，使所述掺杂M的Ga₂O₃单晶中的M去除，得到所述Ga₂O₃单晶。

可选地，所述M选自Sn、W、Mo、In、V、Co、Cr、Fe、Mn、Zn、 Bi中的至少一种。

可选地，所述掺杂M的Ga₂O₃单晶中，所述M的含量为10¹⁷～10¹⁹个/cm³。