Создание гетероструктуры a-Ga2O3:Sn/a-Cr2O3/a-Al2O3 методами газофазной эпитаксии

  • Павел Николаевич Бутенко ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-1364-3016
  • Роман Борисович Тимашов ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-9103-545X
  • Андрей Иванович Степанов ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-2908-0385
  • Алексей Иванович Печников ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация; ООО «Совершенные Кристаллы», пр-кт Тореза, 38, Санкт-Петербург 194223, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-4604-1935
  • Андрей Владимирович Чикиряка ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-2087-8086
  • Любовь Игоревна Гузилова ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-4205-3226
  • Сергей Иванович Степанов ООО «Совершенные Кристаллы», пр-кт Тореза, 38, Санкт-Петербург 194223, Российская Федерация
  • Владимир Иванович Николаев ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация; ООО «Совершенные Кристаллы», пр-кт Тореза, 38, Санкт-Петербург 194223, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-5630-0833
DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11476
Ключевые слова: оксид галлия, оксид хрома, сапфировая подложка, гетероэпитаксия, газофазная эпитаксия, метод ультразвукового осаждения мелкодисперсного аэрозоля, метод гидридной парофазной эпитаксии

Аннотация

     Оксид хрома со структурой корунда (a-Cr2O3), обладающий возможностью иметь проводимость p-типа, является привлекательным кандидатом для создания высококачественных p-n-гетеропереходов с корундоподобным оксидом галлия (a-Ga2O3). При изготовлении гетероструктуры использовались два метода выращивания из газовой фазы (CVD). Слой a-Cr2O3 толщиной ~ 0.2 мкм был выращен на сапфировой подложке (0001) с использованием метода ультразвукового осаждения мелкодисперсного аэрозоля (mist-CVD) при температуре 800 °C. Обнаружено, что полученный слой обладает высокой морфологической однородностью и низкой шероховатостью, что приемлемо для дальнейших эпитаксиальных процессов. В дальнейшем слой a-Ga2O3, легированный Sn, толщиной ~ 1.5 мкм
был выращен на слое a-Cr2O3 с использованием метода гидридной парофазной эпитаксии (HVPE) при 500 °C. Показана возможность изготовления данной гетероструктуры с заданной толщиной слоя и приемлемой морфологией поверхности методами CVD

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Павел Николаевич Бутенко, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

к. т. н., с. н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН
(Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Роман Борисович Тимашов, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация).

Андрей Иванович Степанов, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

д. х. н., с. н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН
(Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Алексей Иванович Печников, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация; ООО «Совершенные Кристаллы», пр-кт Тореза, 38, Санкт-Петербург 194223, Российская Федерация

н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Андрей Владимирович Чикиряка, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Любовь Игоревна Гузилова, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Сергей Иванович Степанов, ООО «Совершенные Кристаллы», пр-кт Тореза, 38, Санкт-Петербург 194223, Российская Федерация

к. ф.-м. н., н. с., ООО «Совершенные Кристаллы» (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Владимир Иванович Николаев, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация; ООО «Совершенные Кристаллы», пр-кт Тореза, 38, Санкт-Петербург 194223, Российская Федерация

к. ф.-м. н., в. н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Литература

Hasan M. N., Swinnich E., Seo J. H. Recent progress in gallium oxide and diamond based high power and high-frequency electronics. International Journal of High Speed Electronics and Systems. 2019;28(01n02): 1940004. https://doi.org/10.1142/S0129156419400044

Yadava N., Chauhan R. K. Review—recent advances in designing gallium oxide MOSFET for RF application. ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2020;9(6): 065010. https://doi.org/10.1149/2162-8777/aba729

Qiao R., Zhang H., Zhao S., Yuan L., Jia R., Peng B., Zhang Y. A state-of-art review on gallium oxide field-effect transistors. Journal of Physics D: Applied Physics. 2022;55(38): 383003. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac7c44

Stepanov S. I., Nikolaev V., Bougrov V. E., Romanov A. Gallium oxide: properties and applications - a review. Review. Advanced Materials Science. 2016;44: 63–86. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=wsoxph

Pearton S. J., Aitkaliyeva A., Xian M., … Kim J. Review — radiation damage in wide and ultra-wide bandgap semiconductors. ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2021;10: 055008. https://doi.org/10.1149/2162-8777/abfc23

Oshima Y., Ahmadi E. Progress and challenges in the development of ultra-wide bandgap semiconductor a-Ga2O3 toward realizing power device applications. Applied Physics Letters. 2022;121(26): 260501. https://doi.org/10.1063/5.0126698

Ping L. K., Berhanuddin D. D., Mondal A. K., Menon P. S., Mohamed M. A. Properties and perspectives of ultrawide bandgap Ga2O3 in optoelectronic applications. Chinese Journal of Physics. 2021;73: 195–212. https://doi.org/10.1016/j.cjph.2021.06.015

Jiao T., Li Z., Chen W., Dong X., Li Z., Diao Z., Zhang Y., Zhang B. Stable electron concentration Sidoped b-Ga2O3 films homoepitaxial growth by MOCVD. Coatings. 2021;11: 589. https://doi.org/10.3390/coatings11050589

Kaneko K., Fujita S., Shinohe T., Tanaka K. Progress in a-Ga2O3 for practical device applications. Japanese Journal of Applied Physics. 2023;62: SF0803. https://doi.org/10.35848/1347-4065/acd125

Kan S., Takemoto S., Kaneko K., Takahashi I., Sugimoto M., Shinohe T., Fujita S. Electrical properties of a-Ir2O3/a-Ga2O3 pn heterojunction diode and band alignment of the heterostructure. Applied Physics Letters. 2018;113: 212104. https://doi.org/10.1063/1.5054054

Kaneko K., Nomura T., Fujita S. Corundumstructured a-phase Ga2O3-Cr2O3-Fe2O3 alloy system for novel functions. Physica Status Solidi C. 2010;7(10): 2467–2470. https://doi.org/10.1002/pssc.200983896

Abdullah M. M., Rajab Fahd M., Al-Abbas Saleh M. Structural and optical characterization of Cr2O3 nanostructures: Evaluation of its dielectric properties. AIP Advances. 2014;4(2): 027121. https://doi.org/10.1063/1.4867012

Stepanov S., Nikolaev V., Almaev A., … Polyakov A. HVPE growth of corundum-structured a-Ga2O3 on sapphire substrates with a-Cr2O3 buffer layer. Materials Physics and Mechanics. 2021;47: 577–581. https://doi.org/10.18149/MPM.4742021_4

Yang D., Kim B., Eom T. H., Park Y., Jang H. W. Epitaxial growth of alpha gallium oxide thin films on sapphire substrates for electronic and optoelectronic devices: Progress and perspective. Electronic Materials Letters. 2022;18: 113–128. https://doi.org/10.1007/s13391-021-00333-5

Nikolaev V. I., Polyakov A. Y., Stepanov S. I., Pechnikov A. I., Guzilova L. I., Scheglov M. P., Chikiryaka A. V. Epitaxial stabilization of a-Ga2O3 layers grown on r-plane sapphire. Materials Physics and Mechanics. 2023;51(1): 1–9. https://doi.org/10.18149/MPM.5112023_1

Oda M., Kaneko K., Fujita S., Hitora T. Crackfree thick (~5 µm) a-Ga2O3 films on sapphire substrates with a-(Al,Ga)2O3 buffer layers. Japanese Journal of Applied Physics. 2016;55(12): 1202B4. https://doi.org/10.7567/JJAP.55.1202B4

Kim K.-H., Ha M.-T., Kwon Y.-J., Lee H, Jeong S.‑M., Bae S.-Y. Growth of 2-inch a-Ga2O3 epilayers via rear-flow-controlled mist chemical vapor deposition. ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2019;8(7): Q3165. https://doi.org/10.1149/2.0301907jss

Cheng Y., Xu Y., Li Z., Zhang J., … Zhang C. Heteroepitaxial growth of a-Ga2O3 thin films on a-, c- and r-plane sapphire substrates by low-cost mist-CVD method. Journal of Alloys and Compounds. 2020;831(5): 154776. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154776

Cha A. N., Bang S., Rho H., … Ha J. S. Effects of nanoepitaxial lateral overgrowth on growth of a-Ga2O3 by halide vapor phase epitaxy. Applied Physics Letters. 2019;115(9): 091605. https://doi.org/10.1063/1.5100246

Nikolaev V. I., Timashov R. B., Stepanov A. I., … Polyakov A. Y. Synthesis of thin single-crystalline a-Cr2O3 layers on sapphire substrates by ultrasonicassisted chemical vapor deposition. Technical Physics Letters. 2023;49(5): 81-84. http://dx.doi.org/10.21883/TPL.2023.05.56036.19549

Опубликован
2023-10-12
Как цитировать
Бутенко, П. Н., Тимашов, Р. Б., Степанов, А. И., Печников, А. И., Чикиряка, А. В., Гузилова, Л. И., Степанов, С. И., & Николаев, В. И. (2023). Создание гетероструктуры a-Ga2O3:Sn/a-Cr2O3/a-Al2O3 методами газофазной эпитаксии. Конденсированные среды и межфазные границы, 25(4), 542-547. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11476
Выпуск
Том 25 № 4 (2023)
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2023 Конденсированные среды и межфазные границы

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC