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【国内论文】浙江大学杨德仁院士领导的研究团队——铸造法生长的 (-310) β-Ga₂O₃ 单晶中位错的表征
日期：2025-02-27阅读：170
近期，由浙江大学的研究团队在学术期刊 Journal of Alloys and Compounds 发布了一篇名为 Characterization of dislocations in (-310) β-Ga2O3 single crystal grown by the casting method（铸造法生长的 (-310) β-Ga2O3 单晶中位错的表征）的文章。
项目支持
该项研究得到浙江省 “十二五 ”科技支撑计划(2023C01193)、国家自然科学基金(52202150、22205203、62204218)、中央高校基本科研业务费(226-2022-00200、226-2022-00250)的资助、 博士后创新人才支持计划（BX20220264）、青年拔尖人才支持计划、杭州市领军型创新创业团队引进培育计划（TD2022012）。
背景
β-Ga2O3 作为一种新兴的超宽禁带半导体材料，在光电子与功率电子器件领域展现出巨大应用潜力。然而，单晶中存在的位错严重制约了器件的性能与可靠性，因此亟需最小化其密度。近期研究表明，β-Ga2O3 的（-310）晶面因其密堆积特性，有望成为外延生长与器件制备的理想界面。
摘要
（-310）取向的 β-Ga2O3 衬底是用于外延生长和器件制造的有前景的紧密堆积面。位错是 β-Ga2O3 中主要的晶体缺陷，会对电子器件的性能和可靠性产生负面影响。实验通过 X 射线拓扑学、透射电子显微镜（TEM）、化学刻蚀和原子力显微镜（AFM）对（-310）面上的位错进行研究。研究结果确认了在铸造法晶体生长过程中，位错环的混合型生成，这些环主要由螺型位错组成，其 Burgers 向量 b = <010>，位于 {001} 滑移面上。通过 H3PO4 溶液刻蚀后，得到的对应腐蚀坑沿 [130] 方向形成水滴状阵列。第一性原理（DFT）计算表明，<010>/{001} 是 β-Ga2O3 中最容易的滑移系统，水滴状腐蚀坑的晶体学特征得到了充分解释。通过这项全面分析，为优化加工技术、减少位错并提升材料质量以用于器件应用提供了宝贵的见解。
研究亮点
•该研究开创性地利用铸造法生长和制造了 (-310) β-Ga2O3 衬底，为同质外延和异质外延生长提供了一个新的平面。
•通过 X 射线形貌、TEM 和优先蚀刻等先进技术，文章在滴液蚀刻坑下发现了以 Burgers 向量 b = <010> 的螺旋型位错为主的混合位错环，首次对 (-310) 平面上的缺陷进行了深入表征。
•这些发现为减少位错提供了重要见解，为改善衬底质量和提高功率器件应用性能铺平了道路。
图文内容
图 1. 分别在 (a) g = -1-202, (b) g = -620, (c) g = 03-3 和 (d) g = -13-2 时拍摄的 XRT 图像。
图 2：（a-b）OM 图像和（c）FE-SEM 图像，显示在 150°C 85 wt% H3PO4 下蚀刻 5 小时的 (-310) 平面上的蚀刻坑。
图 3. (a) 水滴状凹坑的AFM图像，单独的横截面剖面图 (b) AB ， (c) CD 扫描线。
图 4：（a）水滴状蚀刻坑的俯视图，白色矩形表示通过 FIB 方法提取 TEM 样品的位置；（b）图 4（a）中提取的试样的横截面 TEM 图像；以及（c-d）图 4（b）中红色以及橙色边框区域的放大 TEM 图像。
DOI：
doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.179092
