中国科大&杭州镓仁半导体&中电科四十六研究所：在2英寸(010)衬底上实现β氧化镓的均匀晶圆级MOCVD同质外延
2025-11-054
日前，由中国科学技术大学、杭州镓仁半导体和中国电子科技集团有限公司第四十六研究所的联合研究团队在学术期刊 Chinese Physics B 布了一篇名为Uniform Wafer-scale MOCVD homoepitaxy of β-Ga2O3 on 2-inch (010) substrates（在2英寸(010)衬底上实现β-Ga2O3的均匀晶圆级MOCVD 同质外延）的文章。β-Ga2O3 的(010) 晶向因其优异的理论输运特性，被认为是下一代横向功率电子器件的极具潜力的平台。然而，由于大面积衬底的缺乏，相关研究长期受限于小尺寸样品。借助近年来2英寸衬底的问世，本研究首次报道了在2英寸Fe 掺杂半绝缘型 (010) β-Ga2O3 衬底上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）实现的同质外延生长。通过系统的晶圆级表征，验证了高质量外延薄膜的成功制备。高分辨 X 射线衍射（HRXRD）结果显示外延层晶体结构优异，摇摆曲线的半高宽（FWHM）范围为21.0–103.0 arcsec。原子力显微镜（AFM）测试表明外延层表面原子级平滑，均方根粗糙度（RMS）低于1.53 nm，晶圆表面呈现出典型的阶梯流生长模式。此外，汞探针电容-电压（C–V）映射表明载流子浓度约为~2×1018 cm-3，且相对标准偏差（RSD）仅为 5.12%，表明载流子浓度控制良好。该研究首次对2英寸 (010) β-Ga2O3 外延晶圆进行了系统性评估，为高性能功率器件的开发与未来制造提供了关键材料平台验证。本研究成功实现了首例在2英寸 (010) 取向 β-Ga2O3 衬底上的MOCVD 同质外延生长，并对所得外延薄膜进行了首个全面的全片尺度表征。详细研究显示，薄膜在整个晶圆上均表现出优异的材料质量，包括原子级平滑的表面和均匀的阶梯流生长形貌（RMS粗糙度介于0.89nm至1.53nm之间）、出色的晶体结构（XRD 摇摆曲线全宽半高 FWHM为21.0至103arcsec）。此外，展示了对n型掺杂的精确且均匀控制，实现了载流子浓度约为 2×1018 cm-3，同时具有优异的空间均匀性（RSD≈5.12%）和深度均匀性。这一开创性工作不仅为此前不可获得的平台建立了器件级材料的可靠基线，也验证了 (010) β-Ga2O3 材料体系的可制造性。本研究标志着将 Ga2O3 横向功率器件从实验室概念推进到晶圆级可应用技术的重要一步，为其商业化奠定了基础。
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