[00105606]α-Ga2O3 基薄膜外延生长与物性研究

该项目为国家自然科学基金资助面上项目（项目批准号：51572033）。

氧化镓作为禁带宽度为 4.5-5.3eV 左右的超宽禁带半导体材料，由于其未来在功率器件、光电器件、存储器、传感系统等领域的应用，在科学技术上受到广泛的关注。氧化镓拥有六种不同的晶体结构，分别为α、β、γ、δ、ε和κ。每一种晶体结构的氧化镓都具备其特有的物理性质，可以在不同的器件领域得到应用。这些亚稳相中，α-Ga2O3 结构简单，禁带宽度宽（5.3eV）,同构材料丰富，在光电器件方面具有重要意义。但由于氧化镓复杂的多晶型结构及相转变，使α相 Ga2O3 外延薄膜生长变得非常困难。即使α-Ga2O3 与α-Al2O3 衬底具有良好的晶格匹配，但目前物理方法获得的普遍都是稳定相β-Ga2O3，显示α-Ga2O3 薄膜外延生长是一个具有挑战性的技术难题。该项目基于获得高质量α-Ga2O3 外延薄膜的目标开展了一系列的工作，主要研究成果如下：

1. 基于分子束外延技术，通过温度、氧压、激光能量和频率的生长参数调节，成功制备了高质量α-Ga2O3 和 Sn 掺杂α-(Ga,Sn)2O3 高质量外延薄膜生长。

2. 通过不同 Sn 浓度的掺杂，稳定调控α相 Ga2−xSnxO3 外延薄膜的同时，利用氧分压调节 Sn 离子的价态实现了薄膜电阻的 5 个量级的大范围调控。

3. 拓展研究了其他亚稳相γ和ε晶体结构氧化镓薄膜的成相及相变规律，获得γ和ε相 氧化镓，并研究它们的物性。

4. 基于制备获得的高质量的多种晶型氧化镓外延薄膜，构筑若干氧化镓基光电器件。通过本项目的研究，掌握了高质量α-Ga2O3 外延薄膜的生长技术，厘清了氧化镓不同晶型之间的转化规律，拓展了氧化镓材料在光电和存储器件领域的应用。