【外延论文】基于化学计量学的 MOCVD 生长 β-Ga₂O₃ 在 r-蓝宝石衬底上的空穴导电性调控

        由法国巴黎萨克雷大学的研究团队在学术期刊 Crystal Growth & Design 发布了一篇名为Stoichiometry-Driven Tuning of Hole Conductivity in MOCVD-Grown β-Ga₂O₃ on r-Sapphire Substrates（基于化学计量学的 MOCVD 生长 β-Ga₂O₃ 在 r-蓝宝石衬底上的空穴导电性调控）的文章。

摘要

        β-Ga₂O₃ 作为具有广阔应用前景的超宽带隙半导体材料，可用于下一代功率与光电子器件，但受限于对本征点缺陷工程化机制的认知不足，实现稳定的 p 型导电性仍面临重大挑战。本研究系统探讨了金属有机化学气相沉积（MOCVD）过程中 Ga 与 O 流量变化对未掺杂 β-Ga₂O₃ 外延层结构及电学特性的影响。共生长两组样品：(i) 在固定 Ga 含量下改变氧含量，使 O/Ga 比值覆盖 180-2700 范围；(ii) 在固定 O/Ga=1600 条件下改变镓含量。通过平面外与平面内高分辨率 X 射线衍射、拉曼光谱及扫描电子显微镜进行的结构表征表明，生长条件与薄膜微观结构存在显著相关性。提高氧/镓流量比可增强晶粒取向并降低晶格紊乱。霍尔效应测量显示所有样品均呈现半绝缘型 p 型导电性，富氧条件下本征 p 型导电性显著增强，空穴浓度从 800 K 时的  6.0 × 10¹³ cm^–3 提升至 1.7 × 10¹⁵ cm^–3。值得注意的是， 空穴迁移率的提升与 Ga 含量增加（最高达 18.5 cm²/V·s）呈正相关，这归因于更高的生长速率和改善的晶粒取向。这些结果表明，通过 MOCVD 技术可重复地调控 β-Ga₂O₃ 薄膜的化学计量比和微观结构，从而实现材料固有缺陷浓度及电学性能的精确调节。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0322948