【国际论文】通过 X 射线光电子能谱分析接枝 GaAs/（-201）Ga₂O₃ 异质结的带排列特征

        由新加坡国立大学的研究团队在学术期刊 Journal of Applied Physics 发布了一篇名为 Band alignment characterizations of grafted GaAs/(-201) Ga₂O₃ heterojunction via x-ray photoelectron spectroscopy（通过 X 射线光电子能谱分析接枝 GaAs/（-201）Ga₂O₃ 异质结的带排列特征）的文章。

摘要

        由于氧化镓 （Ga₂O₃) 具有出色的特性，包括超宽带隙、天然衬底可用性和 n 型掺杂能力，其研究得到了加速发展。然而，仍然存在重大挑战，特别是实现有效的 p 型掺杂，这阻碍了 Ga₂O₃ 基双极器件如异质结双极晶体管 (HBT) 的发展。为了解决这个问题，本研究提出将成熟的 III-V 族材料，特别是 n-AlGaAs/p-GaAs 作为发射极 (E) 和基极 (B) 层，与 n-Ga₂O₃ 作为集电极 (C) 集成，形成 III-V/Ga₂O₃ n-p-n HBT。这种异质材料集成可以通过先进的半导体嫁接技术来实现，该技术可以通过引入超薄的介电界面层来创建任意晶格失配的异质结。本研究重点揭示了基于 n-Ga₂O₃ (-201) 取向衬底结合 p-GaAs 的基极-集电极 (B-C) 结处的能带排列，以用于潜在的 HBT 应用。我们发现 p-GaAs 和 Ga₂O₃ (-201) 之间存在 II 型能带排列，p-GaAs 导带比 Ga₂O₃ (-201) 高约 0.614 eV。这种交错排列允许电子直接有效地从 p-GaAs 基极传输到 n-Ga₂O₃ 集电极，避免了 p-GaAs/Ga₂O₃ (010) 异质结中存在的电子阻塞问题。此外，我们的研究表明 (-201) 和 (010) Ga₂O₃ 界面之间可能存在 II 型排列，突出了取向相关的能带偏移。这些发现对于开发高性能 Ga₂O₃ 基 HBT 至关重要，利用 Ga₂O₃ 和成熟的半导体材料的优势推动高功率电子学的发展。

图 1. p-GaAs/Ga₂O₃ (-201) 异质结的制造过程。(a) 初始 n-AlGaAs（发射极）和 p-GaAs（基极）异质结结构示意图。(b) 使用高频溶液切割底部的 AlAs 牺牲层。(c) 使用 PDMS 印章将释放的 NM 从主砷化镓衬底上抬起，然后清理残留物。(d) 将释放的 NM 转移到预先涂覆了五次 ALD-Al₂O₃ 的 Ga₂O₃ 基底上，然后在 350 °C 下进行 5 分钟的 RTA。(f) 最终接枝的单晶 GaAs/Ga₂O₃ (-201) 异质结构可用于 XPS 表征。

图 2. 三种研究样品的示意图：(a) 原始 p-砷化镓，(b) 原始 Ga₂O₃ (-201) 衬底，(c) 接枝 p-GaAs/Ga₂O₃ (-201) 界面。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0240115