【外延论文】后快速热退火时间依赖性调控的氧化镓/氮化镓异质结构及其光电性能增强研究

        由马来西亚理科大学的研究团队在学术期刊 Optical Materials 发布了一篇名为 Post-rapid Thermal Annealing Time-Dependent Engineering of Gallium Oxide/Gallium Nitride Heterostructures for Enhanced Optoelectronic Performance（后快速热退火时间依赖性调控的氧化镓/氮化镓异质结构及其光电性能增强研究）的文章。

摘要

        本研究探讨了快速热退火（PRTA）时间对 β-Ga₂O₃/GaN 异质结构薄膜的形貌、结构、光学和光电子性能的影响。薄膜采用电子束蒸发法沉积在蓝宝石衬底上。本研究针对现有文献中的显著空白，系统分析了短时 PRTA（在氮气气氛下 900 °C，退火时间分别为 5、10 和 15 分钟）的作用。研究结果表明，经 10 分钟退火处理的薄膜具有 5.29 nm 的中等表面粗糙度，这一结果由原子力显微镜分析证实。此外，紫外-可见-近红外光谱揭示了与 β-Ga₂O₃ 和 GaN 晶相相关的两个不同带隙：β-Ga₂O₃ 在 4.61 至 4.47 eV，GaN 在 3.32 至 3.40 eV，尽管其与退火时间之间未表现出明确趋势。结果显示，10 分钟 PRTA 条件在多个关键指标上实现了最为均衡的提升，包括表面平整性、晶体质量、带隙优化、介电稳定性、光学迁移率、光学电阻率、等离子体频率和弛豫时间。值得注意的是，过长的 15 分钟退火会引入结构缺陷和晶粒粗化，导致薄膜性能退化；而仅 5 分钟的退火则特性不足，凸显出选择适当退火时间对于实现最佳薄膜质量的重要性。研究表明，10 分钟的 PRTA 时间是提升 β-Ga₂O₃/GaN 异质结构薄膜光电子性能的理想条件。本研究为高质量 β-Ga₂O₃/GaN 基器件的制备提供了重要见解，这类器件在紫外光探测器、电力电子以及高频射频器件等光电子应用中具有重要意义。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.optmat.2025.117477