LPCVD生长Si掺杂 $\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜，实现令人瞩目的载流子迁移率

我们系统地研究了使用LPCVD系统生长Si掺杂 $\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜，实现了在载流子浓度为 $1.51 \times 10^{17}$ cm$^{-3}$ 和 $1.15 \times 10^{17}$ cm$^{-3}$ 时，分别获得了162 cm$^2$/V.s和149 cm$^2$/V.s的高载流子迁移率。这些薄膜分别为生长于 $\beta$-Ga$_2$O$_3$衬底上的homoepitaxial (010) $\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜和生长于miscut为6{\deg}的离轴c砖砾衬底上的heteroepitaxial (-201) $\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜，代表了目前报道的LPCVD生长 $\beta$-Ga$_2$O$_3$材料中最高的迁移率。载流子浓度通过在1000{\deg}C生长温度下调节SiCl$_4$流量进行精确调控，浓度范围为 $1.15 \times 10^{17}$ 至 $1.19 \times 10^{19}$ cm$^{-3}$，经由霍尔测量和C-V测量确认。薄膜表现出高结晶质量，经由高分辨率XRD和拉曼光谱确认，表明相位纯净和结构完整。通过FESEM和AFM成像表征的表面形貌显示，载流子浓度与表面光滑性呈强相关，浓度越低，RMS粗糙度越小。SIMS分析揭示Si掺杂均匀，低于探测限的碳、氢和氯杂质，表明薄膜高度纯净。在80 K时，以(-201) $\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜实现了超过843 cm$^2$/V$\cdot$s的高低温峰值迁移率，凸显了这些薄膜的高纯度和低补偿。这些发现突出了LPCVD生长系统在生产高纯度 $\beta$-Ga$_2$O$_3$薄膜（厚度约为2.3-11.7 $\mu$m，生长速率约为4.7-17 $\mu$m/hr）方面的潜力，这些薄膜具备优异的传输性能、可控掺杂以及规模化生产的前景，适用于开发高功率垂直器件。