【外延论文】通过 (AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃ 缓冲层实现的单晶金刚石 (001) 衬底上附着的 β-Ga₂O₃ 薄膜

        由英国布里斯托大学的研究团队在学术期刊 APL Materials 发布了一篇名为 Adherent β-Ga₂O₃ thin films on single crystal diamond (001) substrates enabled by (Al_xGa_1−x)₂O₃ buffer layers（通过 (Al_xGa_1−x)₂O₃ 缓冲层实现的单晶金刚石 (001) 衬底上附着的 β-Ga₂O₃ 薄膜）的文章。

摘要

        因金刚石的高热导率而成为生长用于高功率器件应用的氧化镓的颇具吸引力的衬底选择。然而，金刚石的立方晶体结构与单斜晶系的 β-Ga₂O₃ 截然不同。此外，这两种材料的表面能差异很大，而且 Ga₂O₃ 的生长需要高温氧化环境。在此，研究团队展示了一种可行的途径，即利用金属有机化学气相沉积法在金刚石（001）衬底上外延生长出厚实且附着良好的 Ga₂O₃ 层。这一生长过程通过使用中间层 (Al_0.06Ga_0.94)₂O₃ (AGO6) 缓冲层得以实现。若省去应变管理缓冲层，Ga₂O₃ 薄膜在厚度超过约 500 nm 时就会剥落成膜。采用缓冲层有助于缓解生长薄膜内部产生的多余应变能，并有助于提高薄膜质量、增大晶粒尺寸、减少位错，并相对于无缓冲层的薄膜提供外延纹理化薄膜。采用 AGO6 缓冲层实现了厚度为 750 nm 的 β-Ga₂O₃ 外延层，其半峰全宽为 1.36°，均方根粗糙度为 6.24 nm。测量了有无 AGO6 缓冲层的 β-Ga₂O₃ 薄膜的热导率，结果为 6.0 - 6.5 W/mK。因此，通过使用中间缓冲层将单斜晶系氧化镓与金刚石立方衬底集成，可改善晶体质量，但不影响热导率，这表明未来有可能将金刚石衬底用于各种 Ga₂O₃ 器件应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0276605