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技术 | Technology – 材料
在该项目完成后，我们启动了由海军研究办
公室（ONR）赞助的一项计划，该计划的重点是
提高 MOCVD 生长 β-Ga 2 O 3 的生长速度。项目的
成功将有助于高压电力电子器件的发展，高压电
力电子器件可以装备用于武器和运输系统如有轨
机枪的军用设备，以及空基和导弹防御雷达和推
进装置。
我们在最新的 STTR 计划中取得了重大进展，
其中 UCSB 也有参与，通过这项计划，我们已经
能够将生长速度提高到 10 微米 / 小时。仅通过增
加前体的流量是不能实现这个速度的。虽然增加
流量有点帮助，但它并没有解决整体的限制因素。
β-Ga 2 O 3 生长的困难在于，当金属有机前体注入
生长室富氧的环境中时，它们在气相中快速反应，
损害前体效率并最终导致实际的生长速率无法提
高。我们的解决方案是优化压力和生长温度，并
图3. Ga 2 O 3 和Al 2 O 3 的相图。[Hill et al. J. Am. Cer. Soc. 35 135
将其与紧密喷射喷头设计相结合，在到达生长表 (1952)]。通过形成GaAlO 3 中间体化合物，低于800℃时Al 2 O 3 在
β-Ga 2 O 3 中的溶解度急剧降低。MBE的生长温度限制在600-700℃
面之前减少工艺气体混合的时间。由此，到达生 左右，因为β-Ga 2 O 3 分解为挥发性的亚氧化物。因此，在MBE生
长表面的活性前体物质的数量会增加，实现了前 长中，β-Ga 2 O 3 中的最大Al 2 O 3 含量约为20％。相反，超过800℃的
MOCVD生长将促进高于固相同成分点的生长，并允许在β-Ga 2 O 3 相
体效率和生长速率的提高。 中高达约60％的Al 2 O 3 含量。
β-Ga 2 O 3 生长速度的提高必须与这种超宽带 送，从而支持高和低的掺杂水平，掺杂范围超过
隙氧化物的 MOCVD 生长技术的其他改进同时进 先前的报告水平，高和低两个方向上都扩大大约
行。比如还必须在掺杂浓度范围内，同时实现低 一个数量级。
背景浓度，高载流子迁移率，光滑的表面形态和 我们还实现了外延电子迁移率的显著增加，
高铝含量的 β-(Al x Ga 1-x ) 2 O 3 合金方面等方面都要 未掺杂的厚膜实现了与高质量未掺杂本征衬底中
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取得进展。我们在所有这些方面都取得了成功（详 观察相当的迁移率，约 150cm V s 。此外，我们
见表 2）。 还获得了MOCVD生长薄膜中电子浓度的新基准，
我们在 β-Ga 2 O 3 掺杂方面的突破包括了新方 我们的材料电子浓度比任何其他报告的电子浓度
法的使用。以前的努力有原硅酸四乙酯（TEOS） 要低三倍以上。另一个令人鼓舞的结果是，根据
或三乙基锡（TESn）的使用，而我们使用了 X 射线衍射扫描结果，我们的外延膜晶体质量非
硅烷作为硅源。后者的优点包括其通常就在 常高，以至于它只受到起始本征衬底质量的限制。
MOCVD 生产工艺中使用，允许以高和低浓度输 总之，所有这些实验结果表明，由于镓空位，位
表2. 各种β-Ga 2 O 3 材料
参数的总结，展示出了
β-Ga 2 O 3 MOCVD生长工
艺的最新进展。*结果
表明，通过MOCVD生
长的β-(Al x Ga 1-x ) 2 O 3 合金
中可以实现0.43的铝摩
尔分数掺入。
www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2018年第4期 23
