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作者：李悌涛;卢耀平;陈端阳;齐红基;张海忠;
单位：福州大学物理与信息工程学院;中国科学院上海光学精密机械研究所;
摘要：如何同质外延生长出具有原子级平整的氧化镓(Ga_2O_3)单晶薄膜，是制备高性能Ga_2O_3基功率电子器件或紫外光电器件的基础。本文通过金属有机气相外延(MOVPE)技术综合调控外延生长的热力学条件与动力学参数，在Ga_2O_3衬底上制备了厚度为1.0μm的器件级Ga_2O_3单晶薄膜(非故意掺杂),对薄膜样品进行了物相、表面形貌、晶体质量和电学性能的研究。该薄膜具有单一β相，呈现出与衬底相同的(100)面择优取向。对Ga_2O_3薄膜表面形貌进行AFM表征，呈现出典型的台阶流形貌，表面粗糙度0.166 nm,且台阶高度0.6 nm (a/2),表明薄膜具有原子级平整。进一步通过HRXRD双晶摇摆曲线评估Ga_2O_3薄膜结晶质量，外延膜的FWHM低于单晶衬底，表明外延在晶格匹配衬底上的Ga_2O_3薄膜质量优于衬底。霍尔效应测试结果表明，Ga_2O_3薄膜的电子迁移率为92.1 cm~2/(V·s),载流子浓度为2.65×10~(16) cm~(-3)。本文的研究结果表明只要通过精细化调控温度、压力、Ⅵ/Ⅲ比等关键热力学条件，使核心动力学参数中的横向扩散速率充分大于纵向沉积速率，就有可能在通用的非刻意斜切衬底上实现高长速二维“台阶流”生长。本研究所制备的具有优异晶体质量与电学特性的(100)面同质外延单晶薄膜，在制造高性能Ga_2O_3功率电子器件具有重要的应用潜力。
关键词：氧化镓;;同质外延;;二维“台阶流”生长;;MOVPE;;单晶薄膜;;原子级平整
基金资助：国家自然科学基金(62204270);; 福建省科技重大专项(2022HZ027006);; 福建省自然科学基金(2024J01251)
