【外延论文】通过亚氧化物分子束外延生长导电型掺硅 α-Ga₂O₃

        由美国康奈尔大学的研究团队在学术期刊 APL Materials 发布了一篇名为Growth of conductive Si-doped α-Ga₂O₃ by suboxide molecular-beam epitaxy（通过亚氧化物分子束外延生长导电型掺硅 α-Ga₂O₃）的文章。

摘要

        本文报道了一种采用亚氧化物分子束外延（S-MBE）技术的两步薄膜生长工艺，该工艺可制备具有创纪录传输特性的硅掺杂 α-Ga₂O₃ 薄膜。该方法首先在 m 面蓝宝石衬底上以较高衬底温度（T_sub）约750℃生长松弛的 α-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 缓冲层，随后在较低 T_sub（约 500 ℃）下生长掺硅 α-Ga₂O₃ 覆盖层。较高基底温度使具有约3.6%晶格失配的 α-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 缓冲层（x = 0.08 ± 0.02）在弛豫过程中保持外延生长和相纯度，从而形成 α-Ga₂O₃ 外延生长的伪衬底。后续通过 S-MBE 生长掺硅 α-Ga₂O₃ 的最佳条件为：425 ℃ ≤ T_sub ≤ 500 ℃ 且 P_{80% O3} = 5 × 10⁻⁶ Torr。当 T_sub > 550 ℃ 时，该方法生长的掺硅 α-Ga₂O₃ 薄膜始终呈绝缘态。二次离子质谱分析证实，绝缘层与导电层均具有均匀的硅掺杂分布。在导电层（10¹⁹ ≤ N_Si ≤ 10²⁰ cm⁻³）中，掺入硅的电活性约达 100%。当 N_Si ≤ 10¹⁹ cm⁻³ 时，载流子浓度 (n) 急剧下降。在 n = 2.9 × 10¹⁹ cm⁻³ 的薄膜中测得室温下最大霍尔迁移率 μ = 90 cm²/V·s，而在 n = 4.8 × 10¹⁹ cm⁻³ 的薄膜中测得室温下最大电导率 σ = 650 S/cm。扫描透射电子显微镜揭示出穿透位错密度为 (5.6 ± 0.6) × 10¹⁰ cm⁻²，表明掺杂 α-Ga₂O₃ 薄膜的电性能仍有巨大的改进空间。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0299750