近日，物理学系浙理工氧化镓团队，在国际著名期刊《Journal of Physical Chemistry Letters》上发表了题为“Bandgap Engineering and Oxygen Vacancy Defect Electroactivity Inhibiting in High Crystalline N-Alloyed Ga2O3 Films Through Plasma-Enhanced Technology”的学术论文（J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 6444−6450. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpclett.3c01368）。浙江理工大学为第一论文署名单位，吴超博士、郭道友特聘教授和吴锋民教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目、浙江省万人计划青年拔尖人才项目、浙江理工大学科研启动科技基金的支持。
工作简介：
Ga2O3是继GaN和SiC之后的一种新型超宽禁带半导体材料，拥有带隙更宽、击穿场强更高、大尺寸高质量单晶更易生长等突出优势，是超高压大功率器件和日盲紫外光电子器件的优选材料，在军事、能源、信息、医疗等领域具有重要应用价值。然而Ga2O3材料生长过程中不可避免地会引入氧空位，造成本征载流子难调控、p型掺杂难实现和稳定肖特基接触难获得等问题，严重影响器件的性能。
基于价带轨道杂化是解决氧化物半导体氧空位问题的重要手段，通过引入高p 轨道能级的离子与氧化物的O 2p 轨道耦合，能有效屏蔽氧空位的杂质能级并抑制其电活性。本工作创新性地利用等离子增强化学沉积系统(PECVD) 以金属Ga为镓源、O2/N2混合气体为载气在蓝宝石衬底上生长获得结晶质量高、光学带隙可调的β相GaON薄膜，通过N2p与O2p轨道杂化，并与金属d轨道电子相互作用，从根本上改变了Ga2O3价带结构，有效地屏蔽了氧空位等深能级缺陷对载流子的捕获(氧空位缺陷比例由32.9%下降至17.9 %)，进而抑制了持续光电导效应，将Ga2O3光电探测器的暗电流减少1个数量级、响应时间缩短至30 ms。本工作利用阴离子工程有效抑制Ga2O3中氧空位缺陷电活性，为研制日盲深紫外光探测器、MOS 晶体管等高性能超宽禁带氧化物半导体器件开发提供理论和技术支撑。
图1：本工作的图文摘要
