在 GaN(00.1) 上等离子体辅助分子束外延生长 NiO

在富氧条件下，研究了在 100 $^{\circ}$C 至 850 $^{\circ}$C 的生长温度下，通过等离子体辅助分子束外延在 GaN(00.1) 衬底上生长 NiO。通过 X 射线衍射 (XRD) 观察到了具有两个旋转畴的 NiO(111) 外延生长，其外延关系为 $\normalsize{}\mathrm{\mathrm{\mathrm{NiO}(1\bar{\mathrm{{1}}}0)}\:||\:\mathrm{\mathrm{GaN}(11.0)}}$ 和 $\mathrm{\mathrm{\mathrm{NiO}\mathrm{(10\bar{\mathrm{{1}}})}\:||\:\mathrm{GaN(11.0)}}}$，并通过原位反射高能电子衍射以及透射电子显微镜 (TEM) 和电子背散射衍射得到证实。考虑到 8.1% 的高晶格失配和测得的低残余拉伸层应变，讨论了通过晶格匹配外延或畴匹配外延的生长机制。通过原子力显微镜测量的形貌显示出颗粒状表面，这可能源于 TEM 显微照片中可见的柱状旋转畴生长。通过 AFM 和 TEM 测量的畴尺寸随生长温度升高而增大，表明表面扩散长度增加。然而，在 850°C 下生长涉及 GaN 衬底的局部分解，导致形成界面 $\mathrm{\beta}$-Ga$\mathrm{_{2}}$O$\mathrm{_{3}}$($\bar{\mathrm{{2}}}$01) 层和较高的 NiO 表面粗糙度。准禁止单声子峰的拉曼测量表明，随着生长温度升高，层质量提高（缺陷密度降低）。上述结果表明，为了获得高的层和界面质量，最佳生长温度约为 700°C。