【外延论文】低压 CVD 生长的掺硅 β-Ga₂O₃ 薄膜具有良好的电子迁移率和高生长率

        由美国马萨诸塞大学洛厄尔分校的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为 Low-pressure CVD grown Si-doped β-Ga₂O₃ films with promising electron mobilities and high growth rates（低压 CVD 生长的掺硅 β-Ga₂O₃ 薄膜具有良好的电子迁移率和高生长率）的文章。

摘要

        本工作系统地研究了使用低压化学气相沉积 (LPCVD) 系统生长 Si 掺杂 β-Ga₂O₃ 薄膜，在 1.51 × 10¹⁷ 和 1.15 × 10¹⁷ cm⁻³ 的载流子浓度下，分别在同质外延 (010) β-Ga₂O₃ 衬底上生长的 β-Ga₂O₃ 薄膜和在具有 6° 失切角的离轴 c 面蓝宝石衬底上生长的异质外延 (-201) β-Ga₂O₃ 薄膜中实现了 162 和 149 cm²/V·s 的高室温霍尔迁移率——代表了已报道的 LPCVD 生长 β-Ga₂O₃ 材料的最高迁移率。通过在 1000 °C 的生长温度下改变 SiCl₄ 流速来精确调节载流子浓度，导致浓度范围从 1.15 × 10¹⁷ 到 1.19 × 10¹⁹ cm⁻³，这已通过霍尔和电容-电压 (C-V) 测量得到证实。高分辨率 X 射线衍射和拉曼光谱证实，薄膜表现出高结晶质量，表明其具有相纯度和结构完整性。通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜表征的表面形貌表明，载流子浓度与表面光滑度之间存在很强的相关性，较低的浓度导致较低的 RMS 粗糙度。二次离子质谱分析显示 Si 均匀掺入，碳、氢和氯杂质低于检测限，表明薄膜具有高纯度。在 80 K 的温度下，对于 (-201) β-Ga₂O₃ 异质外延薄膜，在 1.74 × 10¹⁶ cm⁻³ 的载流子浓度下，实现了超过 843 cm²/V·s 的高低温峰值迁移率，突出了这些薄膜的高纯度和低补偿特性。这些发现强调了 LPCVD 生长系统在生产厚度范围约为 2.3 到 11.7 μm 且具有更快生长速率（约为 4.7–17 μm/h）、良好的输运特性、可控掺杂和可扩展性的高纯度 β-Ga₂O₃ 薄膜方面的潜力，从而用于开发高功率垂直器件。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0245559