深圳平湖实验室陈嘉祥博士在国际期刊《Journal of Vacuum Science & Technology A》发表科研成果

深圳平湖实验室第四代材料器件研究团队和南方科技大学化梦媛副教授研究团队合作在《Journal of Vacuum Science & Technology A》国际期刊上发表题为“Vertical β-Ga2O3 Schottky Barrier Diodes with Low Surface Roughness”的研究论文，开发了低粗糙度氧化镓刻蚀工艺，探究了表面粗糙度、氧空位缺陷等对氧化镓肖特基势垒二极管（SBD）器件性能的调控机制。陈嘉祥博士是该文的第一作者。

卤化物气相外延（HVPE）是制备氧化镓外延层的主流商用方法之一，具备高生长速率的优点，但其厚膜外延在CMP抛光后普遍存在表面粗糙度较大和表面杂质等问题。采用感应耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）等方法可去除表面沾污，但刻蚀过程中易产生副产物、引入刻蚀损伤和表面缺陷，导致表面粗糙度增大，从而降低表面质量、劣化器件的导通与耐压特性。如何实现低粗糙度、高质量的肖特基接触是实现高性能氧化镓器件亟需克服的关键难点。

本工作系统研究了HVPE的氧化镓外延在不同刻蚀工艺处理后，其表面形貌、氧空位缺陷演化规律，以及对SBD器件的影响机理。实验结果表明，采用干法刻蚀结合湿法修复的两步表面处理工艺，外延表面能保持极佳的平整度，其均方根（RMS）粗糙度低至 0.12 nm，并呈现出台阶流表面形貌。基于该表面处理方案，氧空位缺陷比例降低至11.6%，由此制备的无终端结构SBD反向击穿电压最高达1675 V、理想因子（n=1.05）接近理想值，其功率优值（PFOM）相比未处理器件实现显著提升。

图1 氧化镓外延表面粗糙度（a）无表面处理；（b）ICP-RIE干法刻蚀后；（c）BOE湿法处理后；（d）ICP-RIE结合BOE湿法两步处理后。（e-h）对应工艺下的三维表面形貌图。

图2. 不同表面处理下，XPS提取的氧空位比例（a）无处理（14.3%）；（b）ICP-RIE干法刻蚀（17%）；（c）BOE湿法处理（13.2%）；（d）ICP-RIE加BOE两步处理（11.6%）。

期刊简介：

Journal of Vacuum Science & Technology A（JVSTA）是一本由美国物理学会（AIP Publishing）和美国真空学会（AVS）联合出版的国际权威SCI学术期刊，于1983年创刊，期刊致力于发表关于材料界面与表面、薄膜及等离子体领域的原创研究论文、研究快报及综述文章，是真空、薄膜与半导体工艺领域的经典学术期刊。