近年来氧化镓晶体生长技术的突破性进展,极大地推动了相关的薄膜外延、日盲探测器、功率器件、高亮度紫外LED等器件的研究,是国际上超宽禁带半导体领域的研究热点。
氧化镓材料潜力
氧化镓(β-Ga2O3)作为继GaN和SiC之后的下一代超宽禁带半导体材料,其禁带宽度约为4.8 eV,理论击穿场强为8 MV/cm,电子迁移率为300 cm2/Vs,因此β-Ga2O3具有4倍于GaN,10倍于SiC以及3444倍于Si的技术指标。同时通过熔体法(生长蓝宝石衬底的方法)可以获得低缺陷密度(103~104 cm-2)的大尺寸β-Ga2O3衬底,使得β-Ga2O3器件的成本相比于GaN以及SiC器件更低。随着高铁、电动汽车以及高压电网输电系统的快速发展,全世界急切的需要具有更高转换效率的高压大功率电子电力器件。β-Ga2O3功率器件在与GaN和SiC相同的耐压情况下,导通电阻更低、功耗更小、更耐高温、能够极大地节约上述高压器件工作时的电能损失,因此Ga2O3提供了一种更高效更节能的选择。
Ga2O3能与氟气反应,生成GaF3,Ga2O3溶于50%的HF中得到产物GaF3·3H2O. Ga2O3能溶于微热的稀硝酸、稀盐酸和稀硫酸中。经过灼烧的Ga2O3不溶于这些酸甚至于浓硝酸,也不溶于强碱的水溶液中,只能通过NaOH、KOH或KHSO4和K2S2O7一起熔融才能使它溶解。与过量两倍的NH4Cl在250℃一起熔融生成氯化镓。在红热时,Ga2O3与石英反应形成玻璃体,但冷却时没有新化合物生成。红热时也能和上釉的瓷坩埚发生反应。
在加热的条件下,Ga2O3能与许多金属氧化物发生反应。现已测定了碱金属氧化物反应(高于400℃)所得到的镓酸盐M(I)GaO2的晶体结构,与Al2O3和Ln2O3一样,它与MgO、ZnO、CoO、NiO和CuO反应能形成尖晶石型的M(II)Ga2O4. 与三价金属氧化物反应的产物M(III)GaO3通常有钙钛矿或石榴石型结构(如镧系镓酸盐LnGaO3). 而且有更为复杂的三元氧化物。人们研究过有关用于激光、磷光和发光材料的镓的混合氧化物。认为镓酸盐的发光性质归之于氧的空缺。因为FeGaO3有令人感兴趣的电磁性质(即压电性和铁磁性),所以它的合成、稳定性和晶体结构已被人们广泛地研究。