【国际论文】编辑推荐丨在 MOCVD 系统中使用叔丁基氯原位蚀刻 β-Ga₂O₃

        近期，由美国康奈尔大学的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为 In situ etching of β-Ga₂O₃ using tert-butyl chloride in an MOCVD system（在 MOCVD 系统中使用叔丁基氯原位蚀刻 β-Ga₂O₃）的编辑推荐文章。

        康奈尔大学材料科学与工程系的助理研究教授。在此之前作为助理研究员，利用分子束外延技术研究钌酸盐 Ruddlesden-Popper 薄膜的生长。此项研究首次展示了超导 Sr₂RuO₄ 薄膜。Hari Nair 于 2006 年获得印度理工学院马德拉斯分校工程物理学学士学位。2013 年获得德克萨斯大学奥斯汀分校电气与计算机工程博士学位。他的博士论文涉及基于 GaSb 的半导体合金的分子束外延生长，以将 I 型二极管激光器的发射波长扩展到 3-5 μm 范围。研究成果为室温下最长波长的无铝有源区 GaSb 基 I 型二极管激光器。

研究志向

        新型材料可在广泛的领域中带来革命性而非演变性的变化。我期望探索外延薄膜形式的新型氧化物材料在从电力电子到光学超材料等广泛应用中的特性。利用外延应变、尺寸和异质结构的组合来了解和调整这些多功能氧化物的基本特性，将是开发下一代电子和光电设备的关键。 

        本文研究了使用叔丁基氯 (tert-butyl chloride, TBCl) 在金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 系统中对 β-Ga₂O₃ 薄膜进行的原位刻蚀。实验分别针对异质外延 (-201) 取向和同质外延 (010) 取向的 β-Ga₂O₃ 薄膜，在不同的基底温度、TBCl 摩尔流量以及反应器压力条件下进行了刻蚀研究。研究表明，刻蚀反应的主要刻蚀剂是气相 HCl，其通过 TBCl 在基底上方的流体边界层中发生热解形成。刻蚀速率的温度依赖性揭示了两个不同的区域，这两个区域表现出显著不同的表观活化能。提取的表观活化能表明，在温度低于约 800 °C 时，刻蚀速率可能受限于刻蚀产物的解吸过程。此外，异质外延 (-201) 面与同质外延 (010) 面的相对刻蚀速率与表面能的比例呈线性关系，显示了各向异性的刻蚀行为。通过优化针对 (010) 同质外延薄膜的刻蚀参数，获得了较为光滑的刻蚀后表面形貌。

图 1. 异质外延 β-Ga₂O₃ 的蚀刻速率与 (a) TBCl 摩尔流量和 (b-c) 反应器压力的函数关系。(a) 在 15 托的固定压力和 700 至 900 ℃ 的温度条件下，增加 TBCl 摩尔流量会导致蚀刻速率线性增加。在固定的 TBCl 摩尔流量为 ∼61 μmol/min 时，在 (b) HT 和 (c) LT 条件下，蚀刻速率随反应器压力的增加而单调增加，这表明 TBCl 对 β-Ga₂O₃ 的蚀刻不是在质量传输受限的条件下发生的。

图 2. 在反应器压力为 15 和 30 托时，TBCl 摩尔流量为 ∼61 μmol/min 时，异质外延 β-Ga₂O₃ 的原位蚀刻速率的阿伦尼乌斯图。HT 和 LT 蚀刻体系由不同的表观活化能来划分。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0239152