【衬底论文】与 β-Ga₂O₃ 晶格匹配的高电子迁移率、超宽禁带 β-(AlₓInᵧGa(₁₋ₓ₋ᵧ))₂O₃

        由深圳平湖实验室、南京理工大学、新加坡南洋理工大学的研究团队在学术期刊Journal of Electronic Materials 发布了一篇名为 High-Electron-Mobility and Ultrawide-Bandgap β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ Lattice-Matched to β-Ga₂O₃（与 β-Ga₂O₃ 晶格匹配的高电子迁移率、超宽禁带 β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃）的文章。

摘要

        在提升电子迁移率的同时维持宽带隙特性，对于优化 β-Ga₂O₃ 基功率器件的性能具有至关重要的作用。本文通过第一性原理计算，深入研究了四元化合物 β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃（0 ≤ x ≤ 0.09375; 0 ≤ y ≤ 0.09375; x−y ≤ −0.03125）的结构与电子特性。鉴于其与 β-Ga₂O₃ 的预测晶格失配率极低，小于 1.09%，因此 β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ 有望在 β-Ga₂O₃ 衬底上实现外延生长。通过计算，团队得到了 β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ 的带隙值，并将其拟合为带隙函数：gap = 1.82x − 1.80y − 8.32x⋅y + 4.81，所有计算值均超过 4.68 eV。尤为引人注目的是，β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ 展现出高且各向异性的电子迁移率特性。在电子浓度为 10¹⁶ cm^-3 的条件下，β-(Al_0.0625In_0.09375Ga_0.84375)₂O₃ 的平均电子迁移率高达 501 cm²V^-1s^-1，是 β-Ga₂O₃ 的 3.98 倍。具体而言，β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ 沿 b 轴的电子迁移率始终保持较高水平，对于 β-(Al_0.0625In_0.09375Ga_0.84375)₂O₃ 构型，其室温迁移率更是达到了 1153 cm²V^-1s^-1。这种高电子迁移率可归因于 In 5s 轨道的离域特性，该特性对 β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ 的导带底做出了更大贡献。此外，β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ 中电子迁移率的各向异性强烈依赖于 In 原子的分布情况，而沿 b 轴的较高迁移率值则归因于该方向上原子排列的更为紧密。综上所述，本篇文章的研究结果表明，β-(Al_xIn_yGa_(1−x−y))₂O₃ 在高功率器件应用领域具有巨大的潜力。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s11664-026-12904-z