Введение

Оксид галлия (III) - неорганическое соединение и полупроводник с ультрашироким диапазоном пропускания с формулой Ga2O3. Он активно изучается для применения в силовой электронике, фосфорах и газовых датчиках. Соединение имеет несколько полиморфов, из которых моноклиническая β-фаза является наиболее стабильной. Промежуток между полосами действия β-фазы 4,7 и 4,9 ЭВ и большая площадь, местные субстраты делают его перспективным конкурентом для GaN и SiC на основе силовой электроники и солнечных слепых УФ-фотодетекторов. Орторомбический Ga2O3 является вторым наиболее стабильным полиморфом. Фаза показала нестабильность подповерхностной допировочной плотности при термическом воздействии. Ga2O3 демонстрирует сниженную теплопроводность и мобильность электронов на порядок больше по сравнению с GaN и SiC, но, как ожидается, будет значительно более экономически эффективным, поскольку является единственным широким полосой пропускания материалом, который может быть выращен из расплава. β Ga2O3 считается радиационно стойким, что делает его перспективным для военных и космических применений.

Подготовка

Триоксид галлия осаждается в гидратированном виде при нейтрализации кислого или основного раствора соли галлия. Также он образуется при нагревании галлия в воздухе или при термическом разложении нитрата галлия при 200 ~ 250 °C. Кристаллический Ga2O3 может встречаться в пяти полиморфах, α, β, γ, δ и ε. Из этих полиморфов β Ga2O3 является наиболее термодинамически стабильной фазой при стандартной температуре и давлении, в то время как α Ga2O3 является наиболее стабильной полиморфой при высоком давлении. β Ga2O3 эпитаксиальные тонкие пленки могут осаждаться гетероэпитаксиально на таких субстратах, как сапфир, GaN, SiC и Si, а также гомоэпитаксиально. Например, было показано, что ALD на сапфировых субстратах при температуре от 190 °C до 550 °C. Высококачественные β Ga2O3 пленки также выращиваются с использованием таких методов, как MBE, HVPE и MOVPE. В связи с высокой скоростью роста, HVPE предпочтительнее для вертикальных мощных полупроводниковых устройств. Эпитаксиальные пленки β Ga2O3, выращенные с помощью MOVPE, имеют более высокую мобильность электронов и более низкую концентрацию фонового носителя, чем те, которые выращены другими методами выращивания тонкой пленки. Можно производить навальные субстраты β Ga2O3, что является одним из основных преимуществ этой системы материалов. Субстраты могут быть изготовлены в разных направлениях и с помощью разных методов. α Ga2O3 может быть получен путем нагрева β Ga2O3 при 65 kbar и 1100 °C. У него корундная структура. Гидратированный вид можно получить путем разложения осажденного и "старого" гидроксида галлия при 500 °C. Было показано, что эпитаксиальные тонкие пленки α Ga2O3 осаждаются на c-плоскости (0001), m-плоскости (100) или плоскости (110) сапфировых субстратов. γ Ga2O3 получают путем быстрого нагревания гидроксидного геля при 400-500 °C. Более кристаллическая форма этого полиморфа может быть получена непосредственно из галлиевого металла путем сольвотермального синтеза. δ Ga2O3 получают путем нагрева Ga(NO3)3 при 250 °C. ε Ga2O3 получают путем нагрева δ Ga2O3 при температуре 550 °C.

Приложения

Оксид галлия (III) изучался для использования в качестве пассивных компонентов в лазерах, фосфорах, а также в качестве активных компонентов для газовых датчиков и силовых транзисторов. В частности, в MOSFETs с β Ga2O3 индивидуально достигнуты показатели fT 27 ГГц и 5,4 МВ/см среднего поля разрыва. Это поле превышает возможное в SiC или GaN. Тонкие пленки ε Ga2O3, осажденные на сапфире, показывают потенциальное применение в качестве солнечного слепого ультрафиолетового фотодетектора.