【外延论文】氢辅助去除 β-Ga₂O₃ 中的氧空位

        由河南师范大学的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为 Hydrogen-assisted removal of oxygen vacancies in β-Ga₂O₃（氢辅助去除 β-Ga₂O₃ 中的氧空位）的文章。

摘要

        氧空位（V_O）是 β-Ga₂O₃ 中的固有缺陷，对其器件性能产生显著影响。这些空位可向导带捐赠电子，导致生长后的 β-Ga₂O₃ 出现非预期 n 型导电性。此外，与 V_O 相关的局域态可作为电子陷阱，散射自由载流子，从而降低载流子迁移率并削弱整体器件性能。因此，消除氧空位对提升材料性能、促进 p 型 β-Ga₂O₃ 发展及优化器件性能至关重要。当前传统处理方法（如氧等离子体处理和热退火）虽有效但能耗高，不利于碳中和目标实现。本研究提出通过氢掺杂增强氧空位清除的方法。研究采用金属有机化学气相沉积技术在低氧环境下生长 β-Ga₂O₃ 薄膜，并进行氢预退火处理。通过 X 射线光电子能谱与阴极发光特性表征，证实不同退火条件下氢掺杂显著促进了 V_O 清除。此外，利用该薄膜制备的紫外光探测器通过暗态衰减时间分析，进一步证实了 V_O 浓度的降低。基于密度泛函理论的计算（采用改进的 PBE 泛函与爬升图像弹性带方法）揭示：氢元素的引入引发电荷重分布，促进 V_O 迁移，从而增强缺陷控制能力。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0277345