【外延论文】实现超宽禁带半导体 ε-Ga₂O₃ 的独立单晶定向膜及其在光电器件中的应用前景

        由北京邮电大学的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为 Realizing freestanding single-crystal oriented membranes of ultrawide-bandgap semiconductor ε-Ga₂O₃ and their prospects in optoelectronic device applications（实现超宽带隙半导体 ε-Ga₂O₃ 的独立单晶定向膜及其在光电器件中的应用前景）的文章。

摘要

        作为一种超宽禁带半导体材料，Ga₂O₃ 在光电器件和功率器件应用方面引起了广泛关注。然而，衬底的结构不兼容性和/或晶格失配使得基于 Ga₂O₃ 的垂直器件制备面临挑战。此外，Ga₂O₃ 在硅衬底上的外延生长也存在困难，进一步阻碍了其与硅基先进电子器件的集成。该研究采用 Sr₃Al₂O₆ 作为牺牲层，成功制备了自由支撑的单晶取向 ε-Ga₂O₃ 薄膜，其物理特性和性能与外延生长在刚性衬底上的材料相当。更重要的是，这些自由支撑薄膜在转移后仍保持结构完整性。X 射线衍射（XRD）测试中观察到 ε-Ga₂O₃（00l）取向的清晰衍射峰，表明其具有优异的单晶特性和晶体质量。高分辨透射电子显微镜（HRTEM） 显示出ε-Ga₂O₃ 的六方晶格结构，进一步证实其高结晶质量。由自由支撑 ε-Ga₂O₃ 制成的光电探测器在 5V 偏压下的暗电流低至 10⁻¹² A，而在 100 μW/cm²、254 nm 紫外光照射下的光电流可达 10⁻⁹ A。该探测器表现出 81.16 mA/W 的光响应度、2.36 × 10¹² Jones 的探测度，以及 39.67% 的外量子效率，其性能可媲美甚至优于直接在刚性衬底上生长的 ε-Ga₂O₃ 器件。结果表明，基于牺牲层的自由支撑 ε-Ga₂O₃ 技术，克服了 ε-Ga₂O₃ 垂直器件制备及硅集成的关键难题，为下一代半导体材料的多元化应用奠定了基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0255130