【会员论文】复旦大学——评估 AlN 插入层对蓝宝石上异质集成 Ga₂O₃ 薄膜性能的影响

        近期，由复旦大学的研究团队在学术期刊 Journal of Crystal Growth 发布了一篇名为 Evaluation of AlN insertion layer on the properties of heterogeneous integrated Ga₂O₃ films on sapphire（评估 AlN 插入层对蓝宝石上异质集成 Ga₂O₃ 薄膜特性的影响）的文章。

摘要

        将氧化镓 (Ga₂O₃) 与高导热性的 AlN/蓝宝石衬底集成，可以更有效地散热 Ga₂O₃ 基器件。在这项工作中，通过各种实验方法对通过 MOCVD 在蓝宝石和 AlN/蓝宝石衬底上生长的 Ga₂O₃ 薄膜的性能进行了研究。X 射线衍射 (XRD) 分析显示 Ga₂O₃ 和 AlN 薄膜具有良好的结晶度和不同的取向。通过 UV/Vis 光谱提取了吸收特性和带隙。原子力显微镜 (AFM) 扫描图像显示了蓝宝石和 AlN/蓝宝石衬底上光滑的 Ga₂O₃ 表面（RMS 分别为 2.4 nm 和 4.8 nm）。扫描电子显微镜 (SEM) 突出了 Ga₂O₃ 的清晰晶粒和两种异质结构的明显边界。X 射线光电子能谱 (XPS) 分析描绘了整个薄膜中各种成分的分布。最后，通过使用时域热反射 (TDTR) 方法，发现不含 AlN 夹层的 Ga₂O₃ 的热导率和热边界导热系数分别为 3.1 W/(m·K) 和 70.1 MW/(m²·K)。相比之下，添加 AlN 夹层使热导率和热边界导热系数分别上升至 3.3 W/(m·K) 和 111.5 MW/(m²·K)。这些发现证明了高质量的 Ga₂O₃/AlN 集成和 AlN 夹层提供的良好散热，为未来 Ga₂O₃/AlN 器件开辟了新前景。

图 1. Ga₂O₃/蓝宝石和 Ga₂O₃/AlN/蓝宝石异质结构的晶体结构示意图。

图 2. 蓝宝石衬底上 (a) Ga₂O₃ 薄膜和 (b) Ga₂O₃/AlN 异质结的 XRD 2θ/ω 扫描、峰面积比和摇摆曲线。

DOI：

doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2024.127977