【外延论文】利用低压化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长高迁移率锗掺杂 β-Ga₂O₃ 异质外延薄膜

        由美国马萨诸塞大学洛厄尔分校的研究团队在学术期刊 ACS Applied Electronic Materials 发布了一篇名为 Heteroepitaxial Growth of High-Mobility Ge-Doped β-Ga₂O₃ Films on Sapphire Substrate by Low-Pressure CVD（利用低压化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长高迁移率锗掺杂 β-Ga₂O₃ 异质外延薄膜）的文章。

摘要

        在本研究中，该团队采用低压化学气相沉积（LPCVD）法，在偏角为 0°、2°、6° 和 8° 的 c 面蓝宝石基底上异质外延生长了高质量的掺锗（-201）β-Ga₂O₃ 薄膜。增加蓝宝石偏角促进了台阶流生长，从而改善了平台对齐度，降低了表面粗糙度，并提高了晶体质量。通过 X 射线衍射和拉曼光谱分析，证实了具有强（-201）择优取向的纯相单斜晶系 β-Ga₂O₃，而 X 射线光电子能谱则揭示了接近化学计量比的组成，其中 O/Ga 比为 1.48。电输运性质对基底偏角表现出强烈的依赖性，随着偏角从 0° 增加到 6°，室温霍尔迁移率从 15 cm²/V·s 增加到 117 cm²/V·s，载流子浓度范围为 1.43×10¹⁷ 至 2.75×10¹⁸ cm⁻³。6° 偏角样品在载流子浓度为 1.43×10¹⁷ cm⁻³ 时实现了 117 cm²/V·s 的室温迁移率，在 128 K 时，载流子浓度为 8.96×10¹⁶ cm⁻³ 时达到了 337 cm²/V·s 的峰值低温迁移率，这是迄今为止报道的蓝宝石基底上生长的掺锗 β-Ga₂O₃ 薄膜中室温和低温迁移率的最高值。该团队使用电荷中性和玻尔兹曼输运模型对载流子浓度和迁移率数据进行了分析，这些模型综合考虑了施主激活以及极性光学声子、电离杂质、中性杂质、声学形变势和位错散射机制。拟合结果显示，浅施主激活能为 12.5–19 meV，深施主能级为 80 meV，受主补偿度较低（<5×10¹⁵ cm⁻³），穿透位错密度约为 10⁹ cm⁻²。 这些结果证实，蓝宝石边角料工程是实现可扩展异质衬底上高迁移率、低压化学气相沉积（LPCVD）生长的掺锗 β-Ga₂O₃ 异质外延的有效途径，这对于高性能 β-Ga₂O₃ 功率器件的开发至关重要。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsaelm.6c01043