陳博利，楊依帆，冷國(guó)琴，黃朝暉，孫 峙，陶天一

(1. 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，北京 100190；2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083)

0 引 言

作為第三代半導(dǎo)體及透明導(dǎo)電材料的代表，β型氧化鎵(β-Ga2O3)憑借其優(yōu)異的光電性能受到廣泛關(guān)注。β-Ga2O3屬于Ⅲ族氧化物，在常溫狀態(tài)下為白色結(jié)晶體，屬于兩性氧化物，不溶于水，可溶于酸也能微溶于堿，密度是5.95 g/cm3，熔點(diǎn)是1 900 ℃[1]，其能帶間隙為4.8～4.9eV，是寬禁帶半導(dǎo)體[2]。β-Ga2O3晶體結(jié)構(gòu)為單斜結(jié)構(gòu)，它的空間群是C2/m，晶格參數(shù)為a=1.221 nm，b=0.304 nm，c=0.580 nm，β=103.8°[3]。其對(duì)稱性較低，結(jié)構(gòu)具有各向異性，沿著不同方向的禁帶寬度和電子遷移率都會(huì)有所不同[4]。β-Ga2O3材料不僅禁帶寬度大，且在深紫

外區(qū)域的光學(xué)透過(guò)率非常高，因此可用來(lái)制作深紫外透明導(dǎo)電薄膜[5]。此外，β-Ga2O3材料的電阻值能夠隨著周圍環(huán)境氣氛的變化而變化，所以它非常適合用于制作氣體探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)CO、CH4、H2S 等還原性氣體和氧氣的高靈敏性檢測(cè)[6-8]?？偟膩?lái)說(shuō)，β-Ga2O3在光學(xué)、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

β-Ga2O3結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該晶體中有3個(gè)位置不同的氧原子O(Ⅰ)、O(Ⅱ)和O(Ⅲ)以及兩個(gè)不同位置的鎵原子Ga (Ⅰ)和Ga (Ⅱ)?？梢钥吹皆谝粋€(gè)晶胞結(jié)構(gòu)中形成了以Ga (Ⅰ)原子為主的四面體扭曲結(jié)構(gòu)和以Ga (Ⅱ)原子為主的八面體扭曲結(jié)構(gòu)，Ga (1)的四面體鏈共角，而Ga (Ⅱ)的八面體鏈共邊[9]，這種由[GaO6]八面體構(gòu)成的雙鏈沿b軸方向排列，鏈之間又以[GaO4]相連接，使得該結(jié)構(gòu)有利于自由電子的移動(dòng)，成為β-Ga2O3具有導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[10-11]。

圖1 β-Ga2O3的晶體結(jié)構(gòu)模型[12]Fig 1 The structure model of β-Ga2O3 crystal [12]

美國(guó)的Chase[13]等于1964年最早制備出體積為1 cm3左右的β-Ga2O3單晶，但是缺陷較多，晶體質(zhì)量較差。自上世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著半導(dǎo)體材料的發(fā)展，β-Ga2O3在研究方面取得快速發(fā)展。相關(guān)的提高其產(chǎn)品性能的制備方法被不斷優(yōu)化，且工藝方法逐漸增多。當(dāng)前常見(jiàn)的制備方法有直拉法、導(dǎo)模法、浮區(qū)法和布里奇曼法等。結(jié)合近年來(lái)的研究方向分析，目前對(duì)于β-Ga2O3單晶制備的研究未見(jiàn)突破性創(chuàng)新，大多研究集中于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改善，包括設(shè)備和工藝參數(shù)的調(diào)整，模具的優(yōu)化等。本文對(duì)上述制備方法和近年來(lái)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，整理其工藝流程與原理，比較與分析制備方法與產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)與缺陷，匯總不同制備方法及其產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，針對(duì)工藝中存在缺陷的原因進(jìn)行分析與探討，旨在為后續(xù)β-Ga2O3的研究與創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)的方向提供建議。

1 β-Ga2O3單晶生長(zhǎng)的難點(diǎn)

在制備高純度、少缺陷的單晶β-Ga2O3材料的過(guò)程中存在以下難點(diǎn)：(1)β- Ga2O3晶體在高溫下易發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生Ga(s)或者Ga2O(s)等雜質(zhì)；(2)生長(zhǎng)區(qū)的金屬部分上形成液態(tài)鎵和高溫下的O2會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕；(3)β-Ga2O3獨(dú)特的單斜不對(duì)稱結(jié)構(gòu)易造成晶體生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂、缺陷等問(wèn)題。具體分析如下：

Ga-O系統(tǒng)在0.1 MPa壓力下的二元相圖如圖2所示。

圖2 0.1 MPa壓力狀態(tài)下的Ga-O相圖[14]Fig 2 Assessed Ga-O phase diagram at 0.1 MPa pressure[14]

Ga-O系統(tǒng)中的氣相包含Ga，Ga2，O2，Ga2O和GaO。GaO和Ga2O在固態(tài)時(shí)熱力學(xué)不穩(wěn)定。當(dāng)Ga2O3處于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和1 200 ℃以上的溫度的條件時(shí)，很容易熱分解生成上述組分。即發(fā)生以下分解反應(yīng)[15]：

Ga2O3(s)→2GaO(g)+1/2O2(g)

(1)

2GaO(g)→Ga2O(g)+1/2O2(g)

(2)

Ga2O(g)→2Ga(g)+1/2O2(g)

(3)

β-Ga2O3的熔點(diǎn)為1 900 ℃，遠(yuǎn)高于上述反應(yīng)的發(fā)生溫度，因此這些雜質(zhì)的產(chǎn)生很難避免，且在分解過(guò)程會(huì)導(dǎo)致生成的晶體中出現(xiàn)大量的氧空位[16]，最終會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物的純度下降。目前解決的方法主要是通入保護(hù)氣體如CO2，N2，等來(lái)抑制β-Ga2O3的分解。因此選擇合適的保護(hù)氣體是提高產(chǎn)物純度的重要影響因素。

分解反應(yīng)產(chǎn)生的Ga2O、Ga和O2在高溫具有極強(qiáng)的活潑性，極易腐蝕承載原料的坩堝[17]。因此除了選擇合適的反應(yīng)氣氛以外，還需要選擇惰性金屬坩堝材料以盡可能降低材料揮發(fā)分解帶來(lái)的負(fù)面作用。目前主流方法中選用的坩堝為Ir制坩堝，但是仍然無(wú)法完全避免腐蝕。因此尋找合適的坩堝材料是合成高質(zhì)量的單晶必須要考慮的因素。

在β-Ga2O3晶體中有兩個(gè)解理面，其晶面指數(shù)分別為(100)和(001)[18]。研究表明β-Ga2O3單晶生長(zhǎng)過(guò)程中沿單斜晶型3個(gè)基本晶體學(xué)方向生長(zhǎng)[19]，但是由于解理面與其他晶面的結(jié)合力較弱，因此晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中容易沿著或平行于這兩個(gè)解理面發(fā)生解理而導(dǎo)致開(kāi)裂。此外，由于β-Ga2O3為單斜非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使得晶體在結(jié)晶時(shí)難以生長(zhǎng)出完整且無(wú)孔洞的結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)孿晶、螺旋位錯(cuò)等缺陷，最終會(huì)導(dǎo)致單晶產(chǎn)量降低、質(zhì)量下降[20]。因此需要合理控制晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的各種反應(yīng)條件，包括選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶方向和溫度場(chǎng)等，這些因素是合成高質(zhì)量、無(wú)解理和裂紋的β-Ga2O3單晶的關(guān)鍵所在。

2 β-Ga2O3的制備方法

單晶生長(zhǎng)的方法一般有熔體生長(zhǎng)法、溶液生長(zhǎng)法、氣相生長(zhǎng)法等[21]。其中，熔體生長(zhǎng)法的原理是先將固體加熱熔化，在受控條件下通過(guò)降溫，依靠固液界面的不斷移動(dòng)使熔體逐漸凝固成固體。界面上物質(zhì)交換和能量交換貫穿熔體生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程。熔體生長(zhǎng)法的特點(diǎn)是：速度快、純度高、晶體完整性好、可制備特定形狀單晶。因此β-Ga2O3通常選用熔體生長(zhǎng)法進(jìn)行制備。熔體法制備單晶需要高純度的β-Ga2O3粉末，常用電解法進(jìn)行合成，即以高純金屬Ga為陽(yáng)極，溶解于H2SO4里，向溶液加氨水，冷卻，將Ga(NH4)(SO4)2反復(fù)結(jié)晶并干燥后，在過(guò)量氧的條件下在高溫焙燒，則可得到純度為99.99%～99.9999%的產(chǎn)品，作為合成一定體積β-Ga2O3單晶的原料[22]。再根據(jù)不同的需求和條件，可采用不同的熔體生長(zhǎng)法，其中包括直拉法、導(dǎo)模法、布里奇曼法、浮區(qū)法等，下面對(duì)這些方法進(jìn)行介紹。

2.1 直拉法

直拉法(Czochralski method，CZ)由波蘭科學(xué)家Czochralski于1916年首先提出，是一種傳統(tǒng)的晶體成長(zhǎng)辦法[23]。通常用來(lái)合成半導(dǎo)體、金屬、寶石單晶等材料[24]。該方法的原理是將籽晶伸入熔化的晶體液相后，液相中的原子將會(huì)沿著籽晶中原子排列的固液界面處結(jié)晶，形成單晶。牽引籽晶移動(dòng)，便可使熔體中原子在之前形成的單晶結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上繼續(xù)規(guī)則排列，最終生長(zhǎng)成具有一定體積的單晶[25]。生長(zhǎng)β- Ga2O3單晶的過(guò)程是首先將高純度(一般為5N)的β- Ga2O3晶體粉末倒入坩堝中，控制合適的溫度使其熔化(>2 000 ℃，保證高于熔點(diǎn)且有一定的過(guò)熱度)。然后將籽晶垂直放入已經(jīng)熔體中。靜置一段時(shí)間使籽晶和熔體熔到一起，再將籽晶勻速提拉、旋轉(zhuǎn)，誘導(dǎo)坩堝里的液相結(jié)晶。生長(zhǎng)過(guò)程中需要通入O2或者CO2等氣體防止高溫下氧化鎵的分解。生長(zhǎng)β- Ga2O3的整個(gè)過(guò)程如圖3。該方法主要設(shè)備有一個(gè)RF感應(yīng)加熱器，氧化鋁(氧化鋯)絕緣陶瓷和一個(gè)銥制坩堝等[26]。

圖3 直拉法的流程示意圖[27]Fig 3 Schematic diagram of the Czochralski method [27]

Tomm等[28]通過(guò)加入純O2的方法來(lái)減少高溫時(shí)產(chǎn)生的大量O空位，但是最終結(jié)果不佳。而Galaska等[29]選擇采用不同比例的氣體進(jìn)行燒結(jié)，同時(shí)考慮到β-Ga2O3易沿(100)的(001)方向解理，所以選擇(010)作為生長(zhǎng)方向。得到的結(jié)論是生成β-Ga2O3的最佳環(huán)境為100%CO2/7bars, 其中CO2在高溫中分解生成O2，從而可以控制分氛圍中O2的濃度。國(guó)內(nèi)趙緒堯[30]等控制為2 mm/h的提拉速度和1 r/min的旋轉(zhuǎn)速率，通入純的CO2氣體，得到了尺寸為Φ30 mm×80 mm的淡黃色晶體，其中局部有裂紋，在近紫外到紅外區(qū)域都具有良好的透過(guò)率。

由于工藝方法相對(duì)簡(jiǎn)單，直拉法比較適合大規(guī)模生產(chǎn)單晶。但是該方法缺點(diǎn)是在制備過(guò)程中需要反復(fù)提拉，容易在晶體內(nèi)形成大量位錯(cuò)，因此會(huì)造成制備出的單晶里有較多的線缺陷從而影響性能。長(zhǎng)時(shí)間使用銥坩堝會(huì)使坩堝被腐蝕，會(huì)影響設(shè)備壽命。且由于坩堝內(nèi)沒(méi)有模具，晶體是由籽晶直接提拉而成，因此產(chǎn)物的形狀也較難控制。

2.2 導(dǎo)模法

導(dǎo)模法(Edge-defined film-fed growth method, EFG)，由直拉法進(jìn)一步優(yōu)化而成，是制備大晶粒的常用方法[31]。其加工原理如圖5所示。該方法與直拉法最大的不同是會(huì)在坩堝中會(huì)放置含有毛細(xì)管的模具。在高溫作用下，熔體會(huì)因?yàn)楸砻鎻埩Φ淖饔孟卵孛?xì)管上升到模具表面，然后在模具上表面開(kāi)始結(jié)晶生長(zhǎng)[32]。導(dǎo)模法生長(zhǎng)中晶體過(guò)程與直拉法類似，也包括熔料、下籽晶、頸縮、提拉生長(zhǎng)等步驟，但是該方法中晶體截面由模具頂部的形貌和尺寸決定。此方法可獲得無(wú)生長(zhǎng)條紋的光學(xué)均勻性較好的晶體。導(dǎo)模法的整體加工流程如圖4所示。其中頸縮過(guò)程時(shí)，進(jìn)入擴(kuò)展階段后會(huì)有一個(gè)固定降溫速率，直到晶體在水平方向完成擴(kuò)展，該流程是實(shí)現(xiàn)晶體高質(zhì)量生長(zhǎng)技術(shù)關(guān)鍵[33]。

圖4 生長(zhǎng)階段和典型溫度曲線的圖示：(a)下籽晶過(guò)程，(b)頸縮過(guò)程，(c)鋪展過(guò)程和(d)主要部分生長(zhǎng)過(guò)程[34]Fig 4 Ilustration for growth stages and typical temperature profiles: (a) seeding process; (b) necking process; (c) spreading process; (d) main-part growth process[34]

K.Shimamura[35]等人于2006年首次用導(dǎo)模法制備出β-Ga2O3單晶，尺寸約為兩英寸左右。2008年Namiki Precision Jewel公司制備出尺寸為50 mm×70 mm的晶體，并探究了頸縮過(guò)程對(duì)晶體開(kāi)裂的影響[36]。通過(guò)研究證明了較高的溫度有助于減少位錯(cuò)的生成且能促進(jìn)原子的重新排列，窄的頸部能抑制位錯(cuò)從籽晶傳到生長(zhǎng)的晶體。當(dāng)前日本的Tamura制作所在制備晶體方面處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)生長(zhǎng)出尺寸為6英寸的β- Ga2O3大體積單晶，且實(shí)現(xiàn)2英寸晶圓產(chǎn)業(yè)化[37]。

導(dǎo)模法是基于直拉法改良的工藝，其生長(zhǎng)晶體的設(shè)備更先進(jìn)，生長(zhǎng)工藝也更復(fù)雜。該方法的特點(diǎn)是生長(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)成本低，能夠生長(zhǎng)特定形狀的晶體。且因?yàn)榭梢栽谀＞呱厦嬖黾盂釄迳w，從而避免高溫下Ga2O3氣體的揮發(fā)，有利于大體積單晶的生長(zhǎng)。因此，生產(chǎn)大尺寸、特殊形狀的β-Ga2O3單晶體時(shí)導(dǎo)模法比直拉法更為合適。但是該方法仍有一定缺陷，如需要對(duì)生長(zhǎng)條件嚴(yán)格控制，產(chǎn)生的缺陷較多，復(fù)雜的生長(zhǎng)工藝也對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)有較高要求。由于和直拉法一樣選用銥坩堝，長(zhǎng)時(shí)間使用也會(huì)影響壽命。

2.3 布里奇曼法

布里奇曼法(Vertical Bridgman method，VB)又稱垂直坩堝下降法，由Bridgman于1925年最早提出[38]。與導(dǎo)模法和直拉法最大的不同是該方法不需要用到籽晶誘導(dǎo)生長(zhǎng)，直接將熔體放置在坩堝中，然后控制坩堝在溫度場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)最終結(jié)晶[39-40]。具體過(guò)程是首先將坩堝置于加熱區(qū)域進(jìn)行熔化和均勻過(guò)熱。讓坩堝由加熱區(qū)域穿過(guò)梯度區(qū)向冷卻區(qū)運(yùn)動(dòng)。使坩堝中熔體發(fā)生定向結(jié)晶。隨著坩堝的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，晶體就會(huì)沿著與坩堝運(yùn)動(dòng)相反的方向定向生長(zhǎng)[41]。該方法的爐內(nèi)溫度分布和生長(zhǎng)過(guò)程的示意圖如圖5所示。

圖5 爐內(nèi)溫度分布示意圖(a)和生長(zhǎng)過(guò)程(b)[42]Fig 5 Schematics of the temperature distribution in the furnace and the growth processes [42]

日本的信州大學(xué)于2016年用該方法制備出了體積一英寸β-Ga2O3單晶[42]。由于采用鉑銠合金坩堝，能夠抵抗空氣中和生成的O2以及GaO的腐蝕。因此布里奇曼法無(wú)環(huán)境氣體要求，可以在空氣中進(jìn)行生長(zhǎng)。但是鉑銠合金坩堝熔點(diǎn)低，不能承受大溫度梯度，且坩堝尺寸受限，因此晶體生長(zhǎng)空間小，不適合大尺寸晶體生長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[43]。

圖6 FZ法中單晶的加工(a)和燈體內(nèi)部晶體熔化(b)示意圖Fig 6 Processing of single crystal in FZ method and schematic diagram of crystal melting inside lamp body

2.4 浮區(qū)法

浮區(qū)法(Floating Zone method，F(xiàn)Z)是目前制備β-Ga2O3單晶最常用的方法。該方法的原理是以LD加熱或者鹵素?zé)艏訜嶙鳛闊嵩?，使材料熔化成液相。液相表面具有表面張力可以阻止熔區(qū)塌陷，因此熔體形狀可以保持[44]。通過(guò)設(shè)備里的原料桿和籽晶棒協(xié)調(diào)移動(dòng)，可以在生長(zhǎng)室中央形成一個(gè)浮動(dòng)的熔區(qū)，即浮區(qū)[45]?？刂聘^(qū)在反應(yīng)室內(nèi)移動(dòng)，最終可使熔體形成單晶[46]。浮區(qū)法過(guò)程是首先采用4-5N級(jí)β-Ga2O3單晶粉末在高溫下燒結(jié)制備出料棒[47]。將燒結(jié)好的料棒固定在上轉(zhuǎn)桿，(如圖8)，鹵素?zé)羲l(fā)出的紅外光被聚集在原料棒的端點(diǎn)上，使這一小段原料棒被熔化，形成熔液滴，此時(shí)將原料棒與籽晶相接形成熔區(qū)。隨著原料棒的緩慢下移，熔區(qū)也慢慢遠(yuǎn)離加熱源，在籽晶上冷卻形成單晶。

日本早稻田大學(xué)[48]通過(guò)浮區(qū)法在(100)、(010)和(001)3個(gè)方向生長(zhǎng)單晶，并在通入適量O2抑制β-Ga2O3在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)，得到如下結(jié)論：在結(jié)晶學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)方向結(jié)晶有利于形成高質(zhì)量晶體。國(guó)內(nèi)張小桃等[47]利用浮區(qū)法生長(zhǎng)了尺寸為5 mm×20 mm摻錫氧化鎵單晶，通過(guò)摻雜了Sn4+使晶體的導(dǎo)電性得到提升。

浮區(qū)法在生長(zhǎng)β-Ga2O3單晶過(guò)程中沒(méi)有用到坩堝和模具，可以避免晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中受到污染，而且可以在石英管中通入O2來(lái)抑制在制備單晶過(guò)程中氧化鎵的分解，可以確保晶體質(zhì)量。然而受使用熱源的限制，浮區(qū)法在制備大體積的β-Ga2O3單晶時(shí)較為困難，且制備成本較高，因此通常實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備高質(zhì)量β-Ga2O3單晶會(huì)采用此方法。

β-Ga2O3單晶的制備方法很多，不同方法各有其特點(diǎn)，分類總結(jié)如表1所示。由表中可知，直拉法與浮區(qū)法制備出的晶體形狀一般管狀或棒狀，導(dǎo)模法主要取決于放置模具形狀，而布里奇曼法則取決于使用的爐子形狀。浮區(qū)法和布里奇曼法制備的晶體一般尺寸較小、純度高，直拉法與導(dǎo)模法則體積較大。直拉法生長(zhǎng)過(guò)程中常沿(010)晶面方向生長(zhǎng)；導(dǎo)模法常以[010]晶向籽晶為引晶，晶體垂直于該方向生長(zhǎng)；浮區(qū)法中晶體在結(jié)晶學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)方向結(jié)晶均可。直拉法與導(dǎo)模法均采用Ir坩堝，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間接受Ga蒸汽與高溫下的O2腐蝕；布里奇曼法采從Pt-Rh合金坩堝，抗腐蝕性更為優(yōu)秀；浮區(qū)法不需要使用坩堝，制備晶體純度較高。上述這四種方法的過(guò)程示意圖如圖7所示，制備的β-Ga2O3單晶形貌如圖8所示。在制備β-Ga2O3單晶的過(guò)程中，可以根據(jù)不同的需求選擇合適的方法。通過(guò)上述幾種方法制備出的β-Ga2O3單晶各項(xiàng)表征結(jié)果大致相同，以浮區(qū)法為例，得到的如圖9所示。

表1 β-Ga2O3單晶熔體生長(zhǎng)方法的比較Table 1 The comparison of the melt growth methods for β-Ga2O3 single crystals

圖7 4種方法制備單晶過(guò)程原理圖Fig 7 Schematic diagram of the preparation of single crystals by four methods

圖8 通過(guò)以下熔融方法獲得的大塊β-Ga2O3晶體Fig 8 The bulk β-Ga2O3 crystals obtained by the following melting methods

圖9 單晶β-Ga2O3的各項(xiàng)表征數(shù)據(jù)。其中：(a)β-Ga2O3在(400)反射的搖擺曲線，(b)粉末XRD圖譜顯示，(c)β-Ga2O3實(shí)驗(yàn)(100)取向的和(d)模擬的勞厄衍射圖[44]Fig 9 Characterization data of single crystal β-Ga2O3: (a) the rocking curve of β-Ga2O3 reflection at (400); (b) the powder XRD pattern shows; (c) β-Ga2O3 experiment (100) orientation; (d) simulated Laue diffraction pattern [44]

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)制備β-Ga2O3單晶材料的常見(jiàn)制備方法進(jìn)行總結(jié)，得到結(jié)論如下：

(1)合成β-Ga2O3單晶材料的核心難點(diǎn)有兩個(gè)：其一是β-Ga2O3具有高熔點(diǎn)且在高溫下易發(fā)生分解，因此需要注意控制反應(yīng)氛圍和選擇合適的坩堝材料；其二是β-Ga2O3為單斜非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，需要避免制備過(guò)程中晶體的開(kāi)裂或者生成大量缺陷。

(2)目前制備β-Ga2O3材料的主流方法有直拉法、導(dǎo)模法、布里奇曼法和浮區(qū)法等。其中直拉法工藝相對(duì)流程簡(jiǎn)潔，便于操作，但是無(wú)法控制晶體形狀，制備出的晶體質(zhì)量不高，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)腐蝕設(shè)備；導(dǎo)模法是基于直拉法的改良，效率高，成本低，可以控制β-Ga2O3生長(zhǎng)形狀，缺點(diǎn)是過(guò)程相對(duì)復(fù)雜、對(duì)操作人員有較高要求，同樣無(wú)法避免銥制坩堝的腐蝕；布里奇曼法采用鉑銠合金坩堝，對(duì)反應(yīng)氛圍無(wú)要求，適合制備高質(zhì)量晶體，但無(wú)法提供高梯度溫度場(chǎng)，合成的晶體尺寸不大；浮區(qū)法采用石英管作為反應(yīng)室，同樣對(duì)氣氛圍無(wú)要求，但成本較高，適合小批量制備。

(3)從當(dāng)前制備β-Ga2O3單晶材料的研究來(lái)看，沿晶體基本方向(100)、(010)和(001)進(jìn)行合成得到的晶體質(zhì)量較高，但是具體哪一個(gè)方向得到的性能最好有待進(jìn)一步探索。反應(yīng)氛圍對(duì)制備β-Ga2O3單晶受影響較大，基于對(duì)高溫晶體分解的抑制和對(duì)設(shè)備的影響程度，對(duì)于保護(hù)氣體可以有更多的選擇。此外，通過(guò)對(duì)β-Ga2O3單晶的摻雜來(lái)改善其光電性能等方面還需要更深入的研究。β-Ga2O3的應(yīng)用潛力巨大，有關(guān)該材料的制備及優(yōu)化技術(shù)依然是研究熱門之一。