| Аннотация |
Синтез широкозонных полупроводников p-типа и создание гетероструктур с их использованием уже многие годы является важной научно-технической задачей. Успешная работа в этом направлении для нитрида галлия была удостоена Нобелевской премии в 2014 году. Само открытие p-типа в GaN легло в основу разработки и производства светодиодных осветительных ламп (LED lamp). [1]
Достижения последних двух десятилетий в ростовых технологиях ультраширокозонного (4,6-5,3 эВ) полупроводника оксида галлия, Ga2O3, показали перспективы его использования в электронных компонентах нового поколения, включая рентгеновские и солнечно-слепые ультрафиолетовые фотодетекторы, сверхмощные силовые транзисторы, а также низкотемпературные газовые датчики. Однако, проблема получения эффективного p-типа проводимости с заметной подвижностью дырок для Ga2O3 остается открытой [2]. Ее решение упирается в электронную активность собственных точечных дефектов оксида галлия, которые выступают в роли донорных примесей. Несмотря на активность исследований в этом направлении и множественные попытки использовать различные элементы для легирования (N, Zn, Mg и др.), заметных достижений нет, что сдерживает практическое внедрение оксида галлия.
Под понятием «оксида галлия (III)» объединяется группа из его пяти полиморфов с различными кристаллическими структурами. Среди них можно выделить основные: термостабильная моноклинная β-фаза и метастабильные тригональная α-Ga2O3 со структурой корунда и псевдогексагональная (орторомбическая) ε(κ)-Ga2O3. Кристаллографическая совместимость с сапфиром, карбидом кремния, нитридом галлия и др. в случае гетероэпитаксии позволяет создавать гетероструктуры оксида галлия с другими полупроводниками, имеющими естественный p-тип проводимости.
Наиболее распространённым подходом к получению pn-гетероперехода в прототипах полупроводниковых приборов на основе Ga2O3 является нанесение на его поверхность слоя оксида никеля, NiOx. Он имеет достаточно хорошую адгезию к оксиду галлия вне зависимости от типа полиморфа, а формирующийся pn-переход характеризуется удовлетворительными электрофизическими свойствами. Тем не менее, NiOx с одной стороны имеет ширину запрещенной зоны заметно меньше, чем оксид галлия (3,6 – 4 эВ), а с другой стороны – этот оксид менее термически стабильный, чем Ga2O3. Поэтому не достигается теоретически возможное для оксида галлия поле электрического пробоя в 8 МВ/см, которое изначально и привлекло к нему внимание, так как оно примерно в 2,5 раза выше чем у силовых транзисторов на основе GaN. [2,3].
В данной заявке планируется получение pn-гетеропереходов с оксидом галлия при помощи эпитаксии слоев ультраширокозонных прозрачных проводящих оксидов p-типа (transparent conductive oxides, TCO). К ультраширкозонным TCO относятся простые и сложные оксиды Ga, Cr, Cu, V, Zn, In и др., а также их твердые растворы между собой и с Al. Близость их кристаллического строения и химии процессов эпитаксии делает возможным создание двойных и более сложных гетероструктур. Ранее были сделаны только единичные эксперименты [4], и в большинстве имеющихся научных работ есть лишь сведения, о нанесении наноразмерных слоев ультраширокозонных TCO на некоторую коммерческую подложку. Нами предлагается провести рост микронных эпитаксиальных кристаллических пленок TCO p-типа (ZnGa2O4, CuGaO2, GaCrO3 и др.) методами ультразвуковой паровой химической эпитаксии (mist-CVD) в гетероструктурах с оксидом галлия и изучать их кристаллографические и электрофизические свойства.
Успехи проведенного исследования в перспективе могут дать существенный толчок в развитии технологии приборов на основе оксида галлия и лечь в основу перехода к его промышленному применению, что отвечает современным запросам науки и техники.
[1] S. Nakamura, Ann. Phys. (Berl.), 527: 335-349 (2015).
[2] S. I. Stepanov et al., Rev. Adv. Mater. Sci. 44, 63 (2016).
[3] K. Zhang et al., Adv Elect Materials 2300550 (2023).
[4] K. Zhang et al., J. Phys.: Condens. Matter 28, 383002 (2016).
|
