【国际论文】在mist CVD 中通过添加盐酸提高 β-Ga₂O₃同质外延生长速度及表面平整性

        近期，由日本京都工艺纤维大学的研究团队在学术期刊AIP Advances发布了一篇名为Enhancing growth rate in homoepitaxial growth of β-Ga₂O₃ with flat surface via hydrochloric acid addition in mist CVD（在mist CVD 中通过添加盐酸提高 β-Ga₂O₃同质外延生长速度及表面平整性）的文章。

摘要

        氧化镓（Ga₂O₃）作为一种宽禁带氧化物半导体，禁带宽度约为4.9 eV，是电力器件应用的有前途材料。本研究重点探讨了在雾化化学气相沉积（mist CVD）方法中添加盐酸对β-Ga₂O₃本征外延生长速率的影响。在（001）Ga₂O₃衬底上进行本征外延生长时，我们在源溶液中引入了不同浓度的HCl，以评估其对薄膜生长速率、晶体结构和表面形貌的影响。在900°C的生长温度下，添加HCl线性增加了薄膜厚度，使生长速率在添加9.09% HCl时提高了4.8倍。每个样品都没有表现出与其他相相关的峰值，表明实现了纯粹的本征外延生长。比较厚度相似的样品时，随着HCl浓度的增加，根均方（rms）粗糙度提高了1/7。然而，在800°C时，溶液浓度的增加导致显著的台阶聚集和rms粗糙度的提高，这与在900°C时观察到的最小效果形成对比。在900°C下添加盐酸的实验中，我们观察到了条纹状形貌，尽管温度较高，rms粗糙度仍保持一致。

图 1. 在 900 °C 下，β-Ga₂O₃ 同质外延薄膜的厚度与 (a) 溶液浓度和 (b) HCl 与 0.2M GaCl₃ 体积百分比的函数关系。

图 2. 使用不同浓度的前驱体溶液：(a) 0.2M、(b) 0.35M 和 (c) 0.5M，在 800 和 900 °C 温度下在 (001) β-Ga₂O₃ 衬底上生长的同位β-Ga₂O₃ 薄膜的 XRD 2θ-ω 扫描曲线。(d) 在 900 ℃ 下使用 0.2M 前驱体溶液和不同浓度的盐酸生长的同质β-Ga₂O₃ 薄膜的 XRD 2θ-ω 扫描。(e) 裸 β-Ga₂O₃衬底的 XRD 2θ-ω 扫描。(f) 裸 β-Ga₂O₃ 衬底和在前驱体浓度为 0.2M 并加入 9.09 体积百分比盐酸的条件下生长的同质外延薄膜的 XRD 2θ-ω 扫描对比。扫描范围为 30.5°-33°。(002)摇摆曲线 FWHM 与 (g) 800 和 900 °C 下的 GaCl₃ 溶液浓度以及 (h) 900 °C 下使用 0.2M GaCl₃ 时的盐酸浓度的函数关系。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0219242