【外延论文】α-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃ 薄膜在M面和R面蓝宝石衬底上通过金属有机化学气相沉积法生长时的应变松弛现象

        由香港科技大学（广州）的研究团队在学术期刊 Journal of Alloys and Compounds 发布了一篇名为 Strain relaxation in α-(Al_xGa_1-x)₂O₃ thin films grown on M-plane and R-plane sapphire via metalorganic chemical vapor deposition（α-(Al_xGa_1-x)₂O₃ 薄膜在 M 面和 R 面蓝宝石衬底上通过金属有机化学气相沉积法生长时的应变松弛现象）的文章。

摘要

        氧化镓（Ga₂O₃）作为一种超宽禁带半导体，因其在高能效功率电子器件和盲紫外光探测器中的潜在应用而受到越来越多关注。然而，实现适用于器件应用的多层结构单晶 α-(Al_xGa_1-x)₂O₃ 仍具有挑战性。本研究建立了一个定量框架，用于分析通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在 m 面和 r 面蓝宝石衬底上生长的刚玉型 α-(Al_xGa_1-x)₂O₃ 薄膜的应变弛豫行为，结合了实验方法和第一性原理计算。通过优化的生长参数，成功合成了铝组分范围从 0.46 到 0.99 的高质量 α-(Al_xGa_1-x)₂O₃ 薄膜，其中铝组分 x 约为 0.88 时，全宽半高（FWHM）低至约 0.1°。倒易空间映射（RSM）和密度泛函理论（DFT）显示，临界厚度随组分变化：x < ∼0.7 的薄膜在约 100 nm 时表现出完全或部分弛豫，而 x ≥ ∼0.7 的薄膜仍保持拟共格状态。尽管弛豫行为具有一定相似性，但衬底取向决定了应变演化的方式。具体而言，m 面薄膜通过剪切应变弛豫，总体应变幅度较小；而 r 面薄膜则通过棱柱面和/或基面滑移保留略高的应变。第一性原理计算得到的弹性常数和晶格参数与 RSM 实验数据一致，验证了临界厚度的预测机械模型，为器件结构设计提供了基础参考。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.183079