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题名氧化镓同质外延及二维“台阶流”生长研究
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作者
李悌涛
卢耀平
陈端阳
齐红基
张海忠
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机构
福州大学物理与信息工程学院
中国科学院上海光学精密机械研究所
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出处
《人工晶体学报》
北大核心
2025年第2期219-226,共8页
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基金
国家自然科学基金(62204270)
福建省科技重大专项(2022HZ027006)
福建省自然科学基金(2024J01251)。
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文摘
如何同质外延生长出具有原子级平整的氧化镓(Ga_(2)O_(3))单晶薄膜,是制备高性能Ga_(2)O_(3)基功率电子器件或紫外光电器件的基础。本文通过金属有机气相外延(MOVPE)技术综合调控外延生长的热力学条件与动力学参数,在Ga_(2)O_(3)衬底上制备了厚度为1.0μm的器件级Ga_(2)O_(3)单晶薄膜(非故意掺杂),对薄膜样品进行了物相、表面形貌、晶体质量和电学性能的研究。该薄膜具有单一β相,呈现出与衬底相同的(100)面择优取向。对Ga_(2)O_(3)薄膜表面形貌进行AFM表征,呈现出典型的台阶流形貌,表面粗糙度0.166 nm,且台阶高度0.6 nm(a/2),表明薄膜具有原子级平整。进一步通过HRXRD双晶摇摆曲线评估Ga_(2)O_(3)薄膜结晶质量,外延膜的FWHM低于单晶衬底,表明外延在晶格匹配衬底上的Ga_(2)O_(3)薄膜质量优于衬底。霍尔效应测试结果表明,Ga_(2)O_(3)薄膜的电子迁移率为92.1 cm^(2)/(V·s),载流子浓度为2.65×10^(16) cm^(-3)。本文的研究结果表明只要通过精细化调控温度、压力、Ⅵ/Ⅲ比等关键热力学条件,使核心动力学参数中的横向扩散速率充分大于纵向沉积速率,就有可能在通用的非刻意斜切衬底上实现高长速二维“台阶流”生长。本研究所制备的具有优异晶体质量与电学特性的(100)面同质外延单晶薄膜,在制造高性能Ga_(2)O_(3)功率电子器件具有重要的应用潜力。
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关键词
氧化镓
同质外延
二维“台阶流”生长
MOVPE
单晶薄膜
原子级平整
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Keywords
gallium oxide
homoepitaxy
two-dimensional step-flow growth
MOVPE
single-crystalline film
atomic-level smoothness
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分类号
TN304.2
[电子电信—物理电子学]
O78
[理学—晶体学]
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