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EFG 법으로 성장한 β-Ga₂O₃ 단결정의 Sn 도핑 특성 연구

Characteristics of Sn-doped β-Ga₂O₃single crystals grown by EFG method

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주제분류재료공학

초록

최근 전력반도체 소재로 관심을 가지는 Ga2O3의 β-상은 열역학적으로 가장 안정한 상을 가지며 4.8~4.9 eV의 넓은 밴드갭과 8MV/cm의 높은 절연파괴전압을 갖는다. 이러한 우수한 물리적 특성으로 인해 전력반도체 소재로 많은 주목을 받고 있다. β-Ga2O3는 SiC 및 GaN의 소재와는 다르게 액상이 존재하기 때문에 액상 성장법으로 단결정 성장이 가능하다. 하지만 성장한 순수 β-Ga2O3 단결정은 전력 소자에 적용하기에는 낮은 전도성으로 인해 의도적으로 제어된 도핑 기술이 필요하며 도핑 특성에 관한 연구가 매우 중요하다. 이 연구에서는 Ga2O3 분말과 SnO2 분말의 몰 비율을 다르게 첨가하여 Un-doped, Sn 0.05 mol%, Sn 0.1m ol%, Sn 1.5 mol%, Sn 2 mol%, Sn 3 mol%의 혼합분말을 제조하여 EFG(Edge-defined Film-fed Growth) 방법으로 β-Ga2O3 단결정을 성장시켰다. 성장된 β-Ga2O3 단결정의 Sn dopant 함량에 따른 결정 품질 및 광학적, 전기적 특성 변화를 분석하였으며 Sn 도핑에 따른 특성 변화를 광범위하게 연구하였다.

Abstract

The β-Ga2O3 has the most thermodynamically stable phase, a wide band gap of 4.8~4.9 eV and a high dielectric breakdown voltage of 8MV/cm. Due to such excellent electrical characteristics, this material as a power device material has been attracted much attention. Furthermore, the β-Ga2O3 has easy liquid phase growth method unlike materials such as SiC and GaN. However, since the grown pure β-Ga2O3 single crystal requires the intentionally controlled doping due to a low conductivity to be applied to a power device, the research on doping in β-Ga2O3 single crystal is definitely important. In this study, various source powders of un-doped, Sn 0.05 mol%, Sn 0.1 mol%, Sn 1.5 mol%, Sn 2 mol%, Sn 3 mol%-doped Ga2O3 were prepared by adding different mole ratios of SnO2 powder to Ga2O3 powder, and β-Ga2O3 single crystals were grown by using an edge-defined Film-fed Growth (EFG) method. The crystal direction, crystal quality, optical, and electrical properties of the grown β-Ga2O3 single crystal were analyzed according to the Sn dopant content, and the property variation of β-Ga2O3 single crystal according to the Sn doping were extensively investigated.

참고문헌 (13)

  1. Baliga, B. Jayant, "Semiconductors for high-voltage, vertical channel field-effect transistors", J. Appl. Phys, 53(3), pp.1759~ (1982)
  2. M. Higashiwaki, "Current status of Ga2O3 power devices", Japanese J. Appl. Phys, 55(12), pp.1202A1~ (2016)
  3. H. Aida, "Growth of β-Ga2O3 single crystals by the edge-defined, film fed growth method", Japanese J. Appl. Phys, 47(11R), pp.8506~ (2008)
  4. X. Ze-Ning, "Growth of β-Ga2O3 films on sapphire by hydride vapor phase epitaxy", Chin. Phys. Lett, 35(5), pp.058101~ (2018)
  5. Z. Shengnan, "Growth and characterization of 2-inch high quality β-Ga2O3 single crystals grown by EFG method", J. Semiconductors, 39(8), pp.083003~ (2018)
  6. F. Bo, "A study on the technical improvement and the crystalline quality optimization of columnar β-Ga2O3 crystal growth by an EFG method", CrystEngComm, 22(30), pp.5060~ (2020)
  7. H. F. Mohamed, "Growth and fundamentals of bulk β-Ga2O3 single crystals", J. Semiconductors, 40(1), pp.011801~ (2019)
  8. X. HuiWen, "An overview of the ultrawide bandgap Ga2O3 semiconductor-based Schottky barrier diode for power electronics application", Nanoscale Res. Lett, 13(1), pp.1~ (2018)
  9. N. Suzuki, "Fabrication and characterization of transparent conductive Sn-doped β-Ga2O3 single crystal", Phys. Status Solidi C, 4(7), pp.2310~ (2007)
  10. K. Akito, "High-quality β-Ga2O3 single crystals grown by edge-defined film-fed growth", Japanese J. Appl. Phys, 55(12), pp.1202A2~ (2016)
  11. T. Huili, "Inhibition of volatilization and polycrystalline cracking, and the optical properties of β-Ga2O3 grown by the EFG method", CrystEngComm, 22(5), pp.924~ (2020)
  12. S. Arjan, "Intra-and inter-conduction band optical absorption processes in β-Ga2O3", Appl. Phys. Lett, 117(7), pp.072103~ (2020)
  13. Z. Hajanl, "Role of oxygen vacancy defect states in the n-type conduction of β-Ga2O3", J. Appl. Phys, 86(7), pp.3792~ (1999)

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