【衬底论文】通过 KrF 准分子激光在 β-Ga₂O₃ 中掺入锡

        由日本九州大学的研究团队在学术期刊 Applied Physics A 发布了一篇名为 Sn doping into β-Ga₂O₃ by a KrF excimer laser（通过 KrF 准分子激光在 β-Ga₂O₃ 中掺入锡）的文章。

摘要

        该研究团队首次利用 KrF 准分子激光器对 β-Ga₂O₃ 单晶衬底进行 Sn 元素准分子激光掺杂的研究。在 β-Ga₂O₃ 衬底上形成一层 SnO₂ 薄膜作为 Sn 源，并用深紫外（UV）脉冲激光束对其进行照射，使 Sn 离子扩散到 β-Ga₂O₃ 衬底中。二次离子质谱测量证实了 Sn 扩散进入 β-Ga₂O₃ 衬底，并揭示了在不同激光照射条件（如能量密度、脉冲数和脉冲重复频率）下 Sn 扩散深度和分布的变化情况。尽管在能量密度为 0.3 J/cm²、重复频率为 1000 Hz 的条件下照射 10 次 UV 激光束后未观察到 Sn 扩散进入 β-Ga₂O₃ 衬底，但在能量密度为 0.5 J/cm² 的条件下照射的样品中，确认了 63 nm 的 Sn 扩散深度。考虑到 β-Ga₂O₃ 在 KrF 准分子激光波长（248 nm）下的吸收系数，从表面约 70 纳米处的光强大致估计为入射光强的 60%。这意味着在 0.5 J/cm² 的辐照强度下，60 纳米深度处的光强度几乎与 0.3 J/cm² 辐照强度下表面的光强度相等，这与 0.5 和 0.3 J/cm² 辐照强度下的扩散深度结果相对应。这种对应关系可能可以用从表面开始的温度分布来解释，扩散边缘可能受特定温度下的深度限制。另一方面，在重复频率为 1000 Hz 时，当脉冲数达到 10000 至 30000 次，辐照强度为 0.3 J/cm² 的样品中，锡的轻微扩散（深度约为 5 至 10  nm）得到了证实；甚至在重复频率为 4000 Hz 时，辐照强度为 0.2 J/cm²，脉冲数为 30000 次的情况下也是如此。这可能是由于大量的脉冲延长了加热时间，以及激光脉冲之间短间隔导致的热积累效应所致。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s00339-025-08550-7