摘要：在科技的快速发展中，超宽禁带半导体材料逐渐成为新一代电子与光电子器件的研究热点。而在近日，沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）先进半导体实验室一项关于超宽禁带氧化镓（Ga
【研究梗概】
在科技的快速发展中，超宽禁带半导体材料逐渐成为新一代电子与光电子器件的研究热点。而在近日，沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）先进半导体实验室一项关于超宽禁带氧化镓（Ga3）晶相异质结（Phase Heterojunction）的新研究发表在《Advanced Materials》上。论文第一作者为陆义博士。文章首次在实验中展示了β相和κ相Ga333晶相异质结提供了新的见解，并证明利用晶相异质结可以极大促进电子器件的发展。【具体研究内容】
3）因其超宽禁带宽度、较高的电子迁移率以及高击穿电场，正逐渐成为先进电子器件（如日盲探测和高功率电子器件）的理想候选材料。氧化镓表现出多种晶相，包括α、β、γ、δ、ε和κ相。其中，具有单斜结构的β相氧化镓因其热力学稳定性和衬底的可用性而最受关注。基于外延β相氧化镓薄膜的深紫外探测器、肖特基二极管及场效应晶体管的应用已得到广泛验证。近年来，研究通过金属氧化物催化外延生长，利用Sn作为催化剂成功诱导κ相氧化镓的形成。这种方法生产的κ相氧化镓薄膜表现出高质量及卓越的器件性能。与氧化镓类似，许多材料本身也具有多种晶相，每种晶相都呈现出独特的结构特性。即使是相同材料的不同晶相，其物理和化学特性也可能因载流子迁移率、化学稳定性及能带结构的差异而显著变化。部分研究已报道了“晶相异质结(Phase Heterojunction)”的成功构建，即在同一材料的不同晶相之间形成的结。这些异质结在多种应用中表现出显著的性能提升，包括太阳能电池、光催化、晶体管、水分解以及光电探测器。
3晶相异质结，可能通过各相之间带隙或电子亲和力的差异，产生独特的异质结特性。一些研究通过对亚稳相（如α相或γ相）退火以部分转变为最热稳定的β相，从而形成Ga3结，然而，但这些结通常为随机分布的多晶混合晶相（mixed phase junctions），界面模糊且具有多种晶体取向，如图1（a）所示。对于适合晶圆级别半导体制造及研究晶相界面的物理特性来说，清晰的、明确的、原子排列有序的晶相异质结（如图1 b）尤为重要，然而，由于两种晶相间具有相似的化学计量比以及外延困难，这种晶相异质结的研究长期以来被忽视。该异质结的形成对于需要高效光生载流子分离的各种电子和光电子应用具有重要潜力。然而，目前关于Ga3异质结的能带排列的直接实验验证仍不明确，其电学性质也因界面外延困难而未被研究。图4. XPS测试及能带对齐
图5. 在零偏压下的光响应光谱
【结语】
33相的各种异质结进一步研究其异质结特性，并推动电子器件应用的发展。本研究中展示的κ/β Ga晶相异质结提供了新思路，开启了新的探索机会。未来，随着更多晶相异质结设计的突破，超宽禁带半导体Ga3【作者简介】
通讯作者：李晓航教授是沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）电子与计算机工程学院副教授及先进半导体实验室的PI兼博士生导师。现为Photonics Research副编辑和Journal of Semiconductor编委。担任IWN等多个国际主要会议的程序或组织委员会成员。李晓航教授团队致力于第三代半导体超宽禁带材料、器件、物理、设备的研究，涉及器件包括LED、激光器、晶体管、光电探测器和传感器等。这些领域预期会在未来对光电电子通信生化和生命科学等领域带来革命性的影响。
第一作者：陆义，博士毕业于沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）先进半导体实验室，现为美国威斯康星大学麦迪逊分校博士后研究员。长期从事超宽禁带半导体（III-Nitride, III-Oxide）异质结材料、器件、物理的研究，在Advanced Materials等国际期刊发表学术论文四十余篇，在CSW, IPC, IWUMD等多个国际会议上做口头报告和海报展示二十余次，长期担任OSA, IEEE, ACS, IOP, Elsevier, Springer等出版社旗下期刊审稿人，并受邀担任SCI期刊客座编辑。
——半导体产业网
来源：芯世界
