【衬底论文】锡掺杂 β-Ga₂O₃(100) 单晶中的深能级缺陷与载流子调控研究

        由南京大学和山东大学的研究团队在学术期刊 Science China Materials 发布了一篇名为 Deep-level defects and carrier manipulation in Sn-doped β-Ga₂O₃ (100) single crystals（锡掺杂 β-Ga₂O₃(100) 单晶中的深能级缺陷与载流子调控研究）的文章。

摘要

        缺陷工程是理解载流子输运机制与器件性能调控的关键. 本研究采用深能级瞬态谱与频率依赖的电容-电压技术, 系统研究了不同热退火条件下的锡掺杂 Ga₂O₃ 单晶的缺陷演化规律与载流子调控机制。 在初始电子浓度为 6.37×10¹⁷ cm⁻³ 的未处理样品中, 检测到两个主要的电子陷阱 E_T1 (E_C −0.68 eV) 和 E_T2 (E_C −0.76 eV), 分别对应镓空位及其与氧空位的复合体的本征缺陷, 而 Fe_Ga 替位缺陷 E_T3 (E_C −0.84 eV) 主要分布于近表面区域。 氮气退火使 E_T1 浓度显著降低, 同时 E_T2 缺陷密度从 6.13×10¹⁵ cm⁻³  增至 1.1×10¹⁶ cm⁻³, 界面态密度提升至 3.36× 10¹⁵ eV⁻¹ cm⁻², 伴随电子浓度增至 7.48×10¹⁸ cm⁻³; 而空气退火则使缺陷 E_T1 密度增至 1.42×10¹⁶ cm⁻³, 抑制 E_T2/E_T3 缺陷, 界面态密度降至 1.74×10¹⁴ eV⁻¹ cm⁻², 电子浓度减少至 3.01×10¹⁶ cm⁻³。 研究表明, 还原性环境促进氧空位形成, 使离散的镓空位受主转变为镓空位-氧空位复合缺陷, 导致表面能带向下弯曲及电子聚集; 而氧化环境促使缺陷复合体解离为镓空位受主, 引发表面能带上弯和电子补偿效应. 本工作揭示了通过缺陷工程实现氧化镓载流子浓度的调控机制, 为高性能氧化镓电子器件的开发提供了重要理论依据。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s40843-025-3387-6