人工晶体学报

作者：李悌涛, 卢耀平, 陈端阳, 齐红基, 张海忠

单位：1.福州大学物理与信息工程学院,福州 350100; ；2.中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800

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,

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)

如何同质外延生长出具有原子级平整的氧化镓(Ga2O3)单晶薄膜,是制备高性能Ga2O3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Ga2O3衬底上制备了厚度为1.0 μm的器件级Ga2O3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Ga2O3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Ga2O3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Ga2O3薄膜质量优于衬底。霍尔效应测试结果表明,Ga2O3薄膜的电子迁移率为92.1 cm2/(V·s),载流子浓度为2.65×1016 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Ga2O3功率电子器件具有重要的应用潜力。

来源：2025年第2期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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