【国际论文】通过射频等离子体氮化技术在 β-Ga₂O₃ 上外延生长 GaN

        近期，由美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队在学术期刊 Journal of Applied Physics 发布了一篇名为 Epitaxial growth of GaN on β-Ga₂O₃ via RF plasma nitridation（通过射频等离子体氮化技术在 β-Ga₂O₃ 上外延生长 GaN）的文章。

摘要

        β-Ga₂O₃ 缺乏合适的 p 型掺杂剂仍然是垂直功率器件应用的障碍。GaN 在 Ga₂O₃ 衬底上的外延生长被证明是一种替代方法。通过等离子体辅助分子束外延室中的氮等离子体，将（-201）取向的 β-Ga₂O₃ 转换为（0001）取向的六方 GaN，这已通过 XRD 和 RHEED 验证。通过 TEM、X 射线反射率和 AFM 对所得氮化 GaN 层进行表征，以关联氮化条件与结晶度、层厚和表面粗糙度。通过 XRD 摆动曲线对随后生长的外延 GaN 薄膜的结晶度进行量化，并与不同氮化条件下的氮化层特性相关联。具体而言，研究了晶粒尺寸和氮化层厚度的影响，以确定它们在螺位错管理中的作用。

图 1. (a) RHEED 图像显示从单斜 β-Ga₂O₃（0 小时）到 h-GaN （<1 小时）的转变。没有观察到立方氮化镓。在较长的时间内观察到表面粗化。(b) AFM 扫描显示氮化后的 GaN 表面，黄色圆圈表示凹坑，蓝色圆圈表示台阶。(c) 氮化机理示意图，显示 N 原子的吸附、扩散到氮化前沿、与 Ga₂O₃ 反应形成氮化镓以及氮化镓的热分解。

图 2. (a) AFM 和 XRR 分别测量的氮化层粗糙度（蓝色）和厚度（红色）的温度依赖性。粗糙度数据支持阶梯坑形成机制，而厚度数据支持扩散分解机制。(b) 基底温度为 650 ℃（蓝色）和 700 ℃（红色）时的厚度与等离子体功率密度的关系。厚度通过 XRR 测量。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0233590