通过两种最常见的技术，即Cz法和EFG法，生产β-Ga2O3的利弊是什么？
对于开发者来说，所有Ga2O3器件形式的关键的决定是对多型体的选择。虽然有许多影响条件，但最重要的是β-Ga2O3室温稳定相。最有前途的特点之一是，它可以与Al2O3合金化，以增加带隙并将透射窗推向紫外线更深的地方。
β-Ga2O3的优点之一是，与其他宽禁带材料不同，它可以从熔体中形成，使用诸如Cz技术，该技术已被用于制造硅片多年。该晶体也可以通过EFG法生产，这是一种用于商业生产β-Ga2O3的技术。此外，正在研究通过其他方法生产β-Ga2O3，例如垂直布里奇曼和光学浮区技术 。
在我们提到的晶体生长技术中，两种主要的方法--Cz法和EFG法，其中有很多共同之处。它们都涉及到从熔化的Ga2O3中拉出固体单晶，熔化的温度高于1800℃，并放置在铱金属坩埚中。用Cz法生产的Ga2O3往往是圆柱形的，而用EFG法形成的Ga2O3则需要使用铱合金毛细管，它可以将材料拉成所需的形状。
对掺杂的深入研究
对于所有半导体来说，纯度是至关重要的。在β-Ga2O3方面，有机会通过掺杂其他元素故意取代位于其原子位点上的镓，以诱发光学或电学现象；还有一种问题是，未掺杂的β-Ga2O3可能被杂质所困扰。任何方法生产的β-Ga2O3中常见的杂质包括硅、铁和铬。当晶体通过CZ法或EFG法生长时，也可能混入铱。金属杂质往往来自合成中使用的前体粉末，或来自高温下可能污染熔体的坩埚。
另一种引起更多人兴趣的特性是光致变色，华盛顿州立大学的材料研究所已经在铜掺杂的β-Ga2O3中证明了这一点。在半导体中并不常见，但在铜掺杂的β-Ga2O3中，这种新的效应是长期存在的，紫外线激发导致在室温下保持的样品变暗，并在该状态下保持数周（见图1）。请注意，加热会加速这种变暗的逆转。
图1. 华盛顿州立大学的美洲狮头像标志通过掩膜用275纳米的LED光照到掺铜的样品上，在那里停留了几个星期，然后逐渐恢复到原来的均质颜色。
生长的困难
β-Ga2O3晶体生长所取得的进展使研究人员能够通过衬底，在其上沉积薄膜，并研究装置，但这并不意味着在晶体生长方面不需要进一步的进展。现在，β-Ga2O3生长非常昂贵，部分原因是铱的价格非常高，用这种金属制成的坩埚重达0.5公斤以上。使问题复杂化的是β-Ga2O3的分解。当这种氧化物接近其熔化温度时，它往往会被蒸发掉。为了抑制损失，生长室中需要有氧气环境。然而，这种解决方法带来了其他问题--铱会氧化和产生废气，或者在生长温度下有氧气存在的情况下可能会溶于熔体。
IKZ的团队持续在Cz法方面取得进展，包括将材料扩展到直径5厘米和长度6-8厘米的程度。由于β-Ga2O3的热导率相对较低，在生长过程中保留大量的热量。由于与自由载流子吸收有关的近红外吸收，熔体-晶体界面可能变得不稳定，形成开瓶器形状，而不是典型的圆柱体。当材料动态地形成能够散热的几何形状时，就会产生螺旋式增长。为了防止这种情况发生，用CZ法生产的掺杂β-Ga2O3晶体的长度必须比其没有自由载流子吸收的绝缘或未掺杂的同属单晶有所限制。
由Cz法生产的晶体得到的基片通常是（100）取向的。然而，也可以生产抛光的（010）和（001）样品。由于β-Ga2O3的不对称重复晶格单晶结构是电子和光学特性的原因，这些结晶学方向具有很高的价值，而这些特性是由特定的晶体方向所决定的。通过EFG法更容易生长出导电的β-Ga2O3。这是因为铱的毛细管迫使单晶在被拉动时保持其形状。NCT将这种技术应用于其商业化生产的锡掺杂β-Ga2O3。用这种方法生产的材料往往具有与Cz晶体类似的取向。然而，(201)取向也可以通过EFG生长获得--由于这种生长技术的性质，通过Cz法获得这种取向要困难得多。
未来展望
在过去的十年中，在非故意掺杂和绝缘的Ga2O3衬底的生长方面取得了很大进展。在IKZ的努力下，使用CZ法获得了更大、更高质量的晶体，而NCT使用EFG生长也取得了进展。这些技术现在已经足够成熟，可以提供具有生产质量的基底，这可以为薄膜生长提供基础，或在其他应用中发挥作用。
我们不应满足于现在取得的所有成果，还有许多要做的事情，包括通过CZ法推进导电β-Ga2O3的生长，并解决与该技术生产的晶体长度有关的问题。学术实验室正在努力研究新的掺杂物和合金方法，许多机构和个人正在将该材料推向新的应用并发现有趣的现象。
文章出处compoundsemiconductor News，CJGO编译整理，谢谢。