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作者：李政沅;李慧慧;张坤;尹强;王佩;张晋;贾志泰;穆文祥;
单位：山东大学晶体材料国家重点实验室,新一代半导体材料研究院晶体材料研究所;
摘要：超宽禁带(UWBG)半导体材料具有高临界电场、耐高温、光电特性优异，因可在高功率器件、电力电子、光电子应用等领域发挥重要作用而备受关注。采用垂直梯度凝固(VGF)法成功生长出体积约10cm3的高质量Sn~(4+)掺杂ZnGa_2O_4单晶。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱、霍尔测试和紫外–可见光谱对晶体结构、电学性能和光学性能进行了系统研究。XRD结果表明，Sn~(4+)掺杂ZnGa_2O_4晶体为纯尖晶石相无杂质相，摇摆曲线半高宽(FWHM)仅为82″。所获得的不同Sn~(4+)掺杂浓度的ZnGa_2O_4单晶的光学带隙分别为4.58 eV和4.56 eV，均在约275 nm处有明显的吸收截止边。霍尔测试的结果显示，随着Sn~(4+)掺杂浓度的升高，晶体的电导率增加，最高载流子浓度可达3.32×10~(19)cm~(–3)，电子迁移率为30 cm~2·V~(–1)·s~(–1)，电阻率为0.006Ω·cm。载流子浓度明显高于之前研究的未掺杂的ZnGa_2O_4单晶。本工作为ZnGa_2O_4材料的掺杂改性提供了重要的理论和实验依据。锡掺杂到ZnGa_2O_4晶体中后，光电性能改善，有望在高功率器件和光电器件领域获得应用。
关键词：氧化锌镓;垂直梯度凝固法;锡掺杂;电学性能;超宽禁带半导体
基金资助：国家重点研发计划(2024YFA1208800); 国家自然科学基金(NSFC)(U23A20358); 山东省自然科学基金(ZR2023ZD05和2022TSGC2120); 深圳市基础研究计划(GJHZ20220913142605011); 小米基金会/小米青年人才计划
