【外延论文】在倾斜衬底上通过MOCVD法生长的（-201）β-Ga₂O₃ 异质外延薄膜中旋转畴的形成及其对晶体质量改善的起源

        由斯洛伐克科学院的研究团队在学术期刊 Journal of Alloys and Compounds 发布了一篇名为 Rotational domains and origin of improved crystal quality in heteroepitaxial（-201）β-Ga₂O₃ films grown on vicinal substrates by MOCVD（在倾斜衬底上通过MOCVD法生长的（-201）β-Ga₂O₃ 异质外延薄膜中旋转畴的形成及其对晶体质量改善的起源）的文章。

摘要

        单斜晶系氧化镓（β-Ga₂O₃）是高功率和高电压电子器件的有前景材料。自外延生长的 β-Ga₂O₃ 薄膜具有优异的晶体质量，但在可扩展性、衬底成本和热管理方面存在局限性。在蓝宝石、SiC 和 Si 等衬底上的异质外延提供了一种可行的替代方案，但往往伴随着高缺陷密度和薄膜性能下降。特别是具有六方表面对称性的衬底，会促进面内旋转取向晶域（IRD）的形成，从而进一步削弱薄膜质量。为研究 IRD 与部分破坏六方表面对称性的衬底之间的关系，本文利用液体注入金属有机化学气相沉积（LI-MOCVD）在倾斜 c 面蓝宝石衬底上生长 (-201) β-Ga₂O₃ 薄膜，倾斜角度从 0° 到 10° 指向 a 面。与以往报道相反，在任意倾斜角度下均未观察到明显的 IRD 抑制。极图测量被证明对于检测所有 IRD 至关重要，而传统的方位角 X 射线衍射（XRD）扫描可能会给出误导性结果。尽管存在六个 IRD，倾斜衬底仍改善了 (-201) β-Ga₂O₃ 薄膜的晶体质量、表面粗糙度和电学性能。分析显示，垂直于衬底表面台阶的晶格取向畸变降低，XRD 摇摆曲线半高宽从约 2.1° 降至约 1.1°（对应蓝宝石倾斜角为 0° 和 10°）。同时观察到 (310) 取向的 β-Ga₂O₃ 晶体得到有效抑制；倾斜角为 10° 的蓝宝石衬底其 (310)/(-201) XRD 强度比约低 100 倍。这些结果阐明了倾斜衬底的微妙作用，表明通过倾斜衬底破坏表面对称性以抑制 IRD 的传统方法可能并不适用。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0292434