β相氧化镓（β-Ga2O3）单晶衬底
氧化镓（Ga2O3）作为一种超宽带隙（UWBG）半导体材料受到了极大的关注。在过去的十年中，Ga2O3主要应用于电力电子、太阳盲紫外（UV）光电探测器、辐射探测器以及气体传感器。由于生长和表征技术的进步以及Ga2O3的独特性能，已经在Ga2O3材料上实现了各种电子和光电子器件，如肖特基势垒二极管（SBD）和FET，包括MESFET、MOSFET、MODFET和HEMT。Ga2O3有五种多晶型，分别标记为α、β、γ、δ和ε。β相是热力学稳定的形式，其他相是亚稳的。可供β相氧化镓衬底，具体参数如下：
1. β-氧化镓单晶衬底规格
1.1 N型β-Ga2O3衬底
1）50.8mm, β-Ga2O3晶片，（100）晶向
| 产品 | 2inch β-Ga2O3 Substrate | |
| 晶向 | （100） | |
| 掺杂 | UID | Sn |
| 电阻率 | 0.1~0.9Ω·cm | 0.01~0.07Ω·cm |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec | |
| 位错密度 | <1×105cm-2 | |
| 尺寸 | Diameter | Thickness |
| 50.8±0.5mm | 0.50±0.02mm | |
| 定位边 | [010] direction | |
| 表面 | SSP/DSP | |
| Ra<0.5nm | ||
| Crystal plane deviation <±1° | ||
2）50.8mm, β-Ga2O3晶片，（010）晶向
| 产品 | 2inch β-Ga2O3 Substrate | |
| 晶向 | （010） | |
| 掺杂 | UID | |
| 电阻率 | 0.1~0.9Ω·cm | |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤250 arc sec | |
| 位错密度 | <1×105cm-2 | |
| 尺寸 | Diameter | Thickness |
| 50.8±0.5mm | 0.50±0.02mm | |
| 定位边 | [001] direction | |
| 表面 | SSP/DSP | |
| Ra<0.5nm | ||
| Crystal plane deviation <±1° | ||
3）100mm, β-Ga2O3 (100) 衬底
| 产品 | 4inch β-Ga2O3 Substrate | |
| 晶向 | （100） | |
| 掺杂 | UID | Sn |
| 电阻率 | 0.1~0.9Ω·cm | 0.01~0.07Ω·cm |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec | |
| 位错密度 | <1×105cm-2 | |
| 尺寸 | Diameter | Thickness |
| 100.0±0.5mm | 0.50±0.02mm | |
| 定位边 | [010] direction | |
| 表面 | SSP/DSP | |
| Ra<0.5nm | ||
| Crystal plane deviation <±1° | ||
4）150mm, (100) 晶向β-Ga2O3 衬底
| 产品 | 6inch β-Ga2O3 Substrate | |
| 晶向 | （100） | |
| 掺杂 | UID | Sn |
| 电阻率 | 0.1~0.9Ω·cm | 0.01~0.07Ω·cm |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤200 arc sec | |
| 位错密度 | <1×105cm-2 | |
| 尺寸 | Diameter | Thickness |
| 150.0±0.5mm | 0.80±0.02mm | |
| 定位边 | [010] direction | |
| 表面 | SSP/DSP | |
| Ra<0.5nm | ||
| Crystal plane deviation <±1° | ||
5）10*10.5*0.5mm, β-Ga2O3衬底
| 产品 | Square β-Ga2O3 Substrate | ||
| 晶向 | （100）/（010） | ||
| 掺杂 | UID | Sn | |
| 电阻率 | 0.1~0.9Ω·cm | 0.01~0.07Ω·cm | |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec for (100) orientation
≤250 arc sec for (010) orientation |
||
| 位错密度 | <1×105cm-2 | ||
| 尺寸 | A-B | C-D | thickness |
| 10.0±0.2mm | 10.5±0.2mm | 0.5（±0.02）mm | |
| 定位边 | The long side is in the [010] direction | ||
| 表面 | SSP/DSP | ||
| Ra<0.5nm | |||
| Crystal plane deviation <±1° | |||
6）20*21.0*0.5mm, UID掺杂氧化镓衬底
| 产品 | Square β-Ga2O3 Substrate | |||
| 晶向 | （010） | |||
| 掺杂 | UID | Sn | ||
| 电阻率 | 0.1~0.9Ω·cm | 0.01~0.07Ω·cm | ||
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec | |||
| 位错密度 | <1×105cm-2 | |||
| 尺寸 | A-B | C-D | thickness | |
| UID掺杂 | 20.0±0.2mm | 21.0±0.2mm | 0.5（±0.02）mm | |
| Sn掺杂 | 10.0±0.2mm | 10.5±0.2mm | 0.5（±0.02）mm | |
| 定位边 | The long side is in the [001] direction | |||
| 表面 | SSP/DSP | |||
| Ra<0.5nm | ||||
| Crystal plane deviation <±1° | ||||
1.2 半绝缘型β-Ga2O3衬底
1）50.8mm, 半绝缘 β-Ga2O3晶片
| 产品 | 2inch β-Ga2O3 Substrate | |
| 晶向 | （100） | (010) |
| 掺杂 | Mg/Fe | |
| 电阻率 | ≥1010Ω·cm | ≥108Ω·cm |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec | ≤250 arc sec |
| 位错密度 | <1×105cm-2 | |
| 尺寸 | Diameter | Thickness |
| 50.8±0.5mm | 0.50±0.02mm | |
| 定位边 | [010] direction | [001] direction |
| 表面 | SSP/DSP | |
| Ra<0.5nm | ||
| Crystal plane deviation <±1° | ||
2）100mm, 半绝缘 β-Ga2O3晶片
| 产品 | 4inch β-Ga2O3 Substrate | |
| 晶向 | （100） | |
| 掺杂 | Mg/Fe | |
| 电阻率 | ≥1010Ω·cm | |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec | |
| 位错密度 | <1×105cm-2 | |
| 尺寸 | Diameter | Thickness |
| 100.0±0.5mm | 0.50±0.02mm | |
| 定位边 | [010] direction | |
| 表面 | SSP/DSP | |
| Ra<0.5nm | ||
| Crystal plane deviation <±1° | ||
3）10*10.5*0.5mm, 方形半绝缘 β-Ga2O3晶片
| 产品 | Square β-Ga2O3 Substrate | ||
| 晶向 | (100) | (001) | |
| 掺杂 | Mg/Fe | ||
| 电阻率 | ≥1010Ω·cm | ≥108Ω·cm | |
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec | ≤250 arc sec | |
| 位错密度 | <1×105cm-2 | ||
| 尺寸 | A-B | C-D | thickness |
| 10.0±0.2mm | 10.5±0.2mm | 0.5（±0.02）mm | |
| 定位边 | The long side is in the [010] direction | ||
| 表面 | SSP/DSP | ||
| Ra<0.5nm | |||
| Crystal plane deviation <±1° | |||
4）20*21*0.5mm, 方形半绝缘 β-Ga2O3晶片
| 产品 | Square β-Ga2O3 Substrate | ||
| 晶向 | （010） | ||
| 掺杂 | Mg/Fe | ||
| 电阻率 | ≥108Ω·cm | ||
| 双晶摇摆曲线FWHM | ≤150 arc sec | ||
| 位错密度 | <1×105cm-2 | ||
| 尺寸 | A-B | C-D | thickness |
| 20.0±0.2mm | 21.0±0.2mm | 0.5（±0.02）mm | |
| 定位边 | The long side is in the [001] direction | ||
| 表面 | SSP/DSP | ||
| Ra<0.5nm | |||
| Crystal plane deviation <±1° | |||
2. 氧化镓掺杂特性
无意掺杂（UID）β-Ga2O3通常表现出n型导电性，载流子浓度在低1017cm-3。它可以在很宽的范围内掺杂，使用硅（Si）、锗（Ge）或锡（Sn）进行掺杂可以提供可控的n型导电性。铁（Fe）和镁（Mg）掺杂剂都用作深受主实现半绝缘特性，以获得高电阻率。
3. β-Ga2O3电学性质
| 项目 | Si | 4H-SiC | GaN | β-Ga2O3 |
| 带隙 (eV) | 1.1 | 3.3 | 3.4 | 4.5 |
| 相对介电常数 | 11.8 | 9.7 | 9.0 | 10.2-12.4 |
| 击穿电场（MV/cm） | 0.3 | 2.5 | 3.3 | >7 |
| 室温电子迁移率（cm2/Vs） | 1400 | 1000 | 1200 | ~200 |
| 饱和电子速度（×107 cm/s） | 1.0 | 2.0 | 2.5 | 1.0-1.5 |
| 导热系数（W/cmK） | 1.5 | 2.7 | 2.1 | 0.11-0.27 |
| 巴利加品质因数（=εμEbr3） | 1 | 340 | 870 | 1570-1900 |
| 约翰逊的功绩指数（=Ebr2 Vsat2） | 1 | 280 | 760 | 540-1200 |
4. 氧化镓光学性质
由于其宽带隙，纯化学计量比的β-Ga2O3在UVC光谱范围内是无色且高度透明的。然而，晶体的着色可能是由杂质或特定的生长条件引起的。Galazka等人报道了电导率和光学性质之间的强相关性。半绝缘β-Ga2O3晶体要么无色，要么呈淡黄色，这是由可见光谱蓝色部分的一些轻微吸收引起的。导电n型β相氧化镓晶体呈蓝色，这是由于光谱的红色和近红外区域自由载流子吸收增加造成的。红色和近红外吸收被归因于传导电子的等离子体吸收。灰色是由碳等杂质引起的。图1显示了具有不同自由电子浓度的Ga2O3晶体的透光光谱。对于电子浓度低的样品，透射光谱在255-260nm处显示出陡峭的吸收边，对近红外波长范围几乎完全透明。可见光和近红外波长的透射率随着自由电子浓度的增加而减小。
图1 CZ法生长的具有不同自由电子浓度的β-Ga2O3单晶透过率图谱（1：Mg掺杂半绝缘型；2：4×1016cm-3；3：3.5×1017cm-3；4：5.2×1017cm-3；5：2.2×1018cm-3；6：1×1019cm-3）
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