【摘 要】
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作为一种新型超宽禁带半导体材料,氧化镓(Ga_2O_3)在材料外延、功率器件和日盲探测器件研究方面已经取得显著进展。研究表明Ga_2O_3材料具有多种物相,除了稳定相的β-Ga_2O_3之外,对其它亚稳相Ga_2O_3仍缺少系统性的认识和应用。其中具有铁电极化特性的κ-Ga_2O_3有望被应用于功能存储器件和低功耗晶体管,但是现有报道对这种材料的外延方法、晶格结构的理解仍然不充分,无法满足实际器件
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作为一种新型超宽禁带半导体材料,氧化镓（Ga2O3）在材料外延、功率器件和日盲探测器件研究方面已经取得显著进展。研究表明Ga2O3材料具有多种物相,除了稳定相的β-Ga2O3之外,对其它亚稳相Ga2O3仍缺少系统性的认识和应用。其中具有铁电极化特性的κ-Ga2O3有望被应用于功能存储器件和低功耗晶体管,但是现有报道对这种材料的外延方法、晶格结构的理解仍然不充分,无法满足实际器件应用的需求。本文采用氢化物气相外延（HVPE）方法,在c面蓝宝石衬底上异质外延生长Ga2O3,并通过物相调控确定纯相κ-Ga2O3的优化生长窗口,揭示异质外延生长模式转变和原位掺杂机理,为后续在功率器件制备的研究上提供材料生长基础。主要结果包括:1、采用HVPE方法在c面蓝宝石衬底上异质外延Ga2O3,通过改变生长温度进行物相调控。X射线衍射（XRD）和拉曼散射图证明,当生长温度超过575℃,会发生从κ相到β相的物相转变。研究表明,本实验中550℃为最佳生长温度,实现κ-Ga2O3单晶外延生长。2、综合多种材料表征手段揭示了κ-Ga2O3的晶体结构。通过截面TEM和XRD-φ扫描确定,所观察到的六方对称结构实际由κ-Ga2O3的三个正交晶格互相旋转120°组成,所得外延层与c面蓝宝石的晶格失配度为5.5%,外延关系为（010）κ-Ga2O3∥（101?0）Al2O3,以及（110）κ-Ga2O3∥（11?00）Al2O3。通过计算XRD摇摆曲线确定,螺旋位错密度为2.7×109/cm2,面内位错角约为0.63°。透射光谱显示κ-Ga2O3的光学禁带宽度为4.64 e V。3、在HVPE外延过程中采用Si Cl4作为掺杂源,在蓝宝石衬底上实现了κ-Ga2O3的Si原位掺杂。通过改变掺杂剂量,载流子浓度在4×1016/cm2至1×1019/cm2之间可控。降低载流子浓度可用于制备肖特基二极管漂移层,提供器件的耐压特性。结合HVPE技术具有易于按比例放大,高增长率和低成本以及适用于物相控制等优势,高质量κ-Ga2O3作为具有铁电特性的超宽禁带半导体材料,有望用于拓展其日盲紫外探测、功率电子器件和新型存储器件领域的应用。
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