【会员新闻】大连理工大学张赫之老师在氧化镓生长方向新发现

个人简介：

      张赫之副教授于2016年博士毕业于法国巴黎十一大，师从Maria Tchernycheva研究员。同年加入瑞士洛桑理工大学Nicolas Grandjean教授研究组从事博士后研究工作。2019年10月，加入大连理工大学微电子学院梁红伟教授宽禁带半导体研究团队。目前，主要从事超宽禁带半导体Ga₂O₃材料生长与器件的相关研究。

论文简介

      氧化镓（Ga₂O₃）作为超宽带隙半导体在高压功率器件、日盲和辐射探测等方面具有重要的应用前景。目前，生长β-Ga₂O₃厚膜主要采用卤族化合物气相外延（HVPE），除此之外利用其他方法生长β-Ga₂O₃厚膜的报道仍然比较少见。在本文中，我们采用碳还原气相法生长β-Ga₂O₃厚膜，其基本原理是将Ga₂O₃粉末在高温下还原分解为镓（Ga）蒸气与氧气（O₂），在低温区Ga蒸气与O₂重新反应生长Ga₂O₃。实验中高温区设置为1450℃，低温区设置为900℃，生长时间为2小时。X射线衍射（XRD）结果如图1(a)所示，升华法在c 面蓝宝石衬底上生长的β- Ga₂O₃膜沿（-201）具有择优取向。X射线能谱（XPS）中通过O_1s核心能级能量损失谱推测所制备的β-Ga₂O₃膜的禁带宽度约为5 eV（如图 1(b)所示）。升华生长的β-Ga₂O₃的表面形貌与厚度通过扫描电子显微镜（SEM）进行表征。表面SEM展示了β- Ga₂O₃膜具有准六方晶格结构，晶界明显，如图1(c)。通过截面SEM（图1(d)）可观察到生成的膜厚约为27μm，生长速度约为14μm/h。通过SIMS测试发现（图1(e)），虽然生长中引入了碳还原的过程，但是在所生长的厚膜中除了表面有一定的碳富集之外，在厚膜内部的碳残余已经达到SIMS测试极限，几乎可以忽略。以上结果显示，碳还原气相法具有生长Ga₂O₃厚膜的潜力。