【国际论文】外延氧化镓薄膜的生长和表征

        近期，由德国莱布尼茨晶体生长技术研究所（IKZ）的研究人员（Ta-Shun Chou ）在学术交流平台ResearchGate上发布了一篇名为Growth and Characterization of Epitaxial Gallium Oxide Films（外延氧化镓薄膜的生长和表征）的文章。

摘要

        本论文的科学关键问题是开发MOVPE生长（100）β-Ga₂O₃薄膜的生长过程，以满足垂直器件的要求。进行了深入研究，以开发具有优异电学特性（宽掺杂范围和高迁移率）的μm级厚度薄膜的生长工艺。详细讨论了潜在的限制因素和生长机制，并提出了解决方案。本论文的研究总结如下：

（i）对于MOVPE在（100）β-Ga₂O₃薄膜上的同质外延生长，至微米级厚度水平，VI/III（O₂/Ga）比率对于保持期望的层流形貌以及良好电学特性至关重要。这一观察结果可以通过生长表面上可能形成的Ga原子层解释，这在很大程度上增加了Ga原子的有效扩散长度，并屏蔽了阶梯边缘上的Ehrlich-Schwöbel屏障。

（ii）当薄膜厚度超过1.5μm时，工艺过程中形成的寄生颗粒会在薄膜中诱发不必要的结构缺陷，从而成为一个严重的问题。研究确定了气相中的预反应是这些β-Ga₂O₃颗粒的来源。通过减小淋浴头与薄膜架的距离并增加淋浴头中混合气体的流量，寄生颗粒的密度显著降低。应用这一知识，首次成功地展示了厚度为4 μm的MOVPE生长（100）β-Ga₂O₃薄膜，其迁移率在掺杂水平约为5×10¹⁶ cm^-3时可达到160 cm²/Vs。

（iii）除了传统的实验表征外，引入了机器学习作为数据分析的有力工具，以从实验数据集中挖掘更多的见解。应用随机森林等算法，了解生长参数对所需物理特性（如生长速率和掺杂水平）的贡献。此外，揭示了每个生长参数背后的物理含义。通过这种新颖方法，提出了对生长速率机制的系统理解，并建议了一个具有竞争力的Langmuir吸附模型，以解释MOVPE生长的Si掺杂β-Ga₂O₃薄膜的掺杂行为，从而深入了解MOVPE过程的发展。

原文链接：https://www.researchgate.net/publication/372101459_Growth_and_Characterization_of_Epitaxial_Gallium_Oxide_Films