凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2024年11月29日
(v1)
,最后修订 2025年1月11日 (此版本, v2)]
标题: LPCVD 生长的 Si 掺杂$β$-Ga$_2$O$_3$薄膜,具有良好的电子迁移率
标题: LPCVD Grown Si-Doped $β$-Ga$_2$O$_3$ Films with Promising Electron Mobilities
摘要: 我们系统地研究了使用LPCVD系统生长的Si掺杂的$\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜,分别在载流子浓度为$1.51 \times 10^{17}$cm$^{-3}$和$1.15 \times 10^{17}$cm$^{-3}$时实现了162cm$^2$/V.s和149cm$^2$/V.s的高电子迁移率,对于在$\beta$-Ga$_2$O$_3$衬底上生长的同质外延(010)$\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜以及在偏轴c蓝宝石衬底上生长的异质外延(-201)$\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜,其偏切角为6{\deg },代表了目前报道的LPCVD生长的$\beta$-Ga$_2$O$_3$材料中的最高迁移率。 载流子浓度通过在1000{\deg }C的生长温度下改变SiCl$_4$的流量精确调节, resulting in concentrations ranging from$1.15 \times 10^{17}$to$1.19 \times 10^{19}$cm$^{-3}$,并通过霍尔和C-V测量得到确认。 这些薄膜表现出高质量的晶体结构,通过高分辨率XRD和拉曼光谱得到确认,表明相纯度和结构完整性。 通过FESEM和AFM成像表征的表面形貌显示,载流子浓度与表面光滑度之间存在强相关性,较低的浓度导致RMS粗糙度降低。 SIMS分析显示硅的均匀掺入,碳、氢和氯的杂质含量低于检测限,表明薄膜具有高纯度。 在80 K时,(-201)$\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜的低温峰值迁移率超过843 cm$^2$/V$\cdot$s,突显了这些薄膜的高纯度和低补偿。 这些发现强调了LPCVD生长系统在生产高纯度$\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜方面的潜力,其厚度范围在约2.3-11.7$\mu$m之间,生长速率较快(约4.7-17$\mu$m/小时),具有良好的传输特性、可控制的掺杂以及可扩展性,适用于开发高功率垂直器件。
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