由西安电子科技大学的研究团队在学术期刊 Journal of Alloys and Compounds 发布了一篇名为 Improved crystal quality of β-Ga2O3 on sapphire (0001) substrates by induced-nucleation technique and enhancement of Ga2O3 UV photodetectors performance（通过诱导成核技术改善蓝宝石（0001）衬底上 β-Ga2O3 的晶体质量并提高 Ga2O3 紫外光探测器的性能）的文章。
项目支持
该项研究得到了国家重点研发计划（批准号：2022YFB3604400）、国家杰出青年科学基金（批准号：61925404）、国家自然科学基金（批准号：62104185、62074120、62404167）、中国博士后科学基金（批准号：GZC20241306）和陕西省自然科学基础研究项目（批准号：2023-JC-JQ-56）的资助。
背景
β-Ga2O3 因其超宽禁带、高击穿电场和优良的化学稳定性，在高功率电子器件和深紫外光电探测器领域具有巨大潜力。然而，在蓝宝石衬底上进行 β-Ga2O3 外延生长仍然面临较大的晶体质量挑战，例如晶粒取向不均、晶格失配引起的缺陷等。该团队提出了一种氮离子注入诱导成核技术，通过在蓝宝石衬底上预先进行氮离子注入，以改善 β-Ga2O3 薄膜的晶体质量，并提升基于该材料的紫外光电探测器性能。
摘要
研究展示了在氮离子（N-ion）注入蓝宝石 (0001) 衬底上生长的 (–201) 向 β-Ga2O3 薄膜的晶体质量提升。受益于 N 注入在蓝宝石衬底上诱导形成有序成核岛，在随后的生长过程中形成了较大的晶粒。与传统蓝宝石衬底相比，β-Ga2O3 (–201) 晶面的 X 射线摇摆曲线半高宽（FWHM）从 9.93° 降低至 1.50°，同时均方根（RMS）粗糙度从16.25 nm 降低至 9.49 nm。此外，基于生长在 N 离子注入剂量为 1012 cm-2 的蓝宝石衬底上的 β-Ga2O3 薄膜紫外探测器表现出增强的光学性能，并实现了高达 288 A/W 的紫外光响应度。研究表明，诱导成核技术可有效改善 β-Ga2O3 薄膜的晶体质量，同时显著提升基于该材料的紫外光探测器性能。
总结
该研究提出了一种在蓝宝石衬底上通过 N 离子注入诱导成核的方法，以改善 β-Ga2O3 薄膜的晶体质量。由于在 N 离子注入蓝宝石衬底上生长的 β-Ga2O3 薄膜晶粒尺寸增大，β-Ga2O3 薄膜的晶体质量得到了显著改善。在氮离子剂量为 1012 cm-2 的氮离子注入蓝宝石上生长的 β-Ga2O3 薄膜，其 (-201) 面的 X 射线摇摆曲线 (XRC) 的半高宽 (FWHM) 明显减小。此外，基于晶体质量得到改善的 β-Ga2O3 薄膜的 β-Ga2O3 紫外光探测器实现了 288 A/W 的高响应率。
图文示例
图 1.不同氮离子注入剂量下沉积在氮离子注入蓝宝石衬底上的β-Ga2O3 薄膜的 HRXRD 图样。(c) 用 W-H 方法计算的晶粒尺寸。
图 2.样品 A、样品 B、样品 C 和样品 D 的 AFM 和 SEM 图像。DOI：
doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.178924
滑动阅览全文
★
来源：亚洲氧化镓联盟 文章由：西电郝跃院士、张进成教授团队供稿。
（转自：第三代半导体产业）
