β-Ga2O3晶体的p型掺杂、外延单晶生长及物理性能研究

β-Ga2O3,a wide-bandgap semiconductor with band gap of 4.9 eV, has a potential applications in solar-blind ultra-violet device. Obtaining p-type β-Ga2O3 single crystal is a key step to make such material being used in opto-electronic devices more extensivily. In this proposal, we will focus on the work about p-type doping of β-Ga2O3 their expiatial single crystal growth. The study includes following aspects: 1) The first principle caculation will be used to study the doping effect on the crystal structure and electronic structure,aiming to understand the physical mechanism of the forming of p-type β-Ga2O3. 2) Solid state reaction method will be used to synthesis dopedβ-Ga2O3, and measure their properties. 3) Laser molecular beam epitaxial technique will be used to deposite p type β-Ga2O3 single crystal on Al2O3 single crystal andβ-Ga2O3 single crystal,and their properties will be characterized as well. 4) system study the effect of doping element,defects and process parameters on the properties of the doped β-Ga2O3 films, and exploring potential applicable of p type β-Ga2O3 single crystal on opto-electronic device. By analyzing the experimental results, we will well understand the growth technique, mechanism and properties of p type β-Ga2O3 single crystal, these are scientific valuable and useful for the practical design and manufacture the device using p type β-Ga2O3 single crystal.

β-Ga2O3晶体的禁带宽度为4.9eV，是制造日盲区紫外光电器件的理想材料。获得具有p型导电特性的β-Ga2O3单晶是该材料能够在光电器件上广泛应用的关键。本项目主要针对β-Ga2O3的p型掺杂及外延单晶生长展开研究。内容包括四个部分：1、理论分析掺杂对β-Ga2O3晶体结构和电子结构的影响，掌握p型掺杂的物理机制；2、利用固相合成法对β-Ga2O3进行掺杂，并对其性能进行研究；3、利用激光分子束外延法在蓝宝石单晶和β-Ga2O3单晶上外延生长p型β-Ga2O3单晶，并表征其性能；4、系统研究掺杂元素、缺陷种类，以及工艺参数对p型β-Ga2O3单晶性能的影响及规律，获得稳定的p型β-Ga2O3单晶材料，探索其在日盲紫外光电器件方面的潜在应用。通过本项目的研究，很好的掌握p型β-Ga2O3单晶的制备技术、生长机理、物理性能，为其在器件方面的应用提供理论基础和实验积累。

氧化镓材料是新一代半导体材料，在日盲紫外光电器件和高功率器件制备方面，具有非常巨大的潜在应用价值，但是目前，氧化镓的基本材料还有待深入研究，比如高质量的单晶生长，外延单晶薄膜生长，掺杂调控等性能都需要深入系统的研究。本项目主要针对氧化镓外延单晶薄膜的生长，掺杂调控，以及物理性能研究，旨在获得具有高性能的氧化镓薄膜，争取获得p型氧化镓外延单晶。主要研究内容包括：1、理论分析掺杂对氧化镓晶体结构和电子结构的影响，掌握掺杂对氧化镓晶体结构和电子结构的影响趋势和机理；2、利用薄膜外延技术，研究氧化镓外延薄膜生长工艺，在蓝宝石衬底和氧化镓单晶衬底上制备高质量的氧化镓外延薄膜；3、系统研究掺杂对氧化镓薄膜的性能的影响；4、探索氧化镓在光电器件方面的潜在应用。通过研究主要获得了以下重要结果：1、获得高质量的外延薄膜以及生长工艺；2、对薄膜进行掺杂，获得了具有不同元素掺杂的氧化镓薄膜；3、获得了高质量的光电探测器件，能够用于日盲紫外光电探测；4、获得了p型氧化镓单晶薄膜；5、制备出了氧化镓基紫外辐照计，具有良好的性能。总之，本项目的研究，对氧化镓薄膜材料有了深入的理解，以及初步的应用探索，为未来的更深入的器件研究打下良好的基础。