南京邮电大学氧化镓半导体创新中心（IC-GAO）唐为华教授团队用金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统研究了Ⅵ/Ⅲ（O/Ga）摩尔比对亚稳相 κ-Ga₂O₃ 薄膜相纯与界面质量的影响。通过固定生长温度 850 °C、改变前驱体分压，发现Ⅵ/Ⅲ≈2000 时 κ 相含量最高，γ 相仅在界面过渡区零星出现；TEM 与 EDS 证实薄膜-蓝宝石界面陡峭、无扩展杂相。该结果为后续高击穿、高迁移率 κ-Ga₂O₃ 功率器件提供低缺陷外延路线。
超宽禁带氧化镓（Ga₂O₃）拥有 4.8–5.2 eV 带隙与 8 MV cm⁻¹ 理论击穿场，被视为下一代高压、低损耗功率电子候选。稳定 β 相研究最多，但亚稳 κ 相因更高理论迁移率（≈250 cm² V⁻¹ s⁻¹）和可调应变极化，近年备受关注。MOCVD 可规模化，但 κ 相形成窗口窄，Ⅵ/Ⅲ比、温度、应力任一波动即易混入 γ/β 相，导致漏电与击穿退化。
阐明Ⅵ/Ⅲ比对 κ 相选择性的规律，可在工业 MOCVD 平台上实现单相、低界面缺陷的外延，为 6500 V 以上超结、肖特基二极管及高电子迁移率晶体管提供材料基础，助推电网、高铁、快充等节能升级。
① 建立Ⅵ/Ⅲ比与 κ-Ga₂O₃ 相纯度、界面陡峭度的定量关系；② 找出抑制 γ 相的最佳 O/Ga 摩尔比窗口；③ 提供可重复的 MOCVD 工艺参数，为主文器件制备奠定外延标准。
在 850 °C、常压 MOCVD 条件下，Ⅵ/Ⅲ比升高可提高表面 O 化学势，从而抑制 Ga 富集导致的 γ 相成核；当Ⅵ/Ⅲ≈2000 时 κ 相表面能与体自由能达到最低，γ 相仅局限在初始界面应力弛豫区，不向上延伸。
图 S1：φ-scan 显示Ⅵ/Ⅲ=2000 样品只有 κ 相六次对称峰，其余样品出现额外 γ 相峰，证实Ⅵ/Ⅲ比对相选择性的决定性作用。
图 S2：另一区域截面 TEM 及 FFT 表明 γ 相仅出现在界面过渡区，体区为纯 κ 相，排除局部假象。
图 S3：HAADF-STEM 与 EDS 线扫显示界面陡峭、无明显互扩散，定量验证高Ⅵ/Ⅲ比可有效抑制界面杂相与成分渐变。
当Ⅵ/Ⅲ=2000 时，κ-Ga₂O₃（00l）摇摆曲线半高宽仅 0.26°，γ 相体积分数 <1 %，为所有样品最优；
高分辨 TEM 与 φ-scan 证实 κ 相与蓝宝石呈 (00l)κ‖(0001)Al₂O₃，[010]κ‖[11-20]Al₂O₃ 的面外-面内取向关系；
EDS 线扫显示界面 Ga/O 比突变 <2 nm，无扩展互扩散，表明Ⅵ/Ⅲ=2000 可同时获得高相纯与陡峭界面。
该最优Ⅵ/Ⅲ比窗口可直接移植至 6–8 英寸 MOCVD 产线，用于生长 200 nm–1 μm 厚度、载流子浓度 1×10¹⁶ cm⁻³ 级的 κ-Ga₂O₃ 外延片，为后续制备 >3 kV 纵向 SBD 与 >1 kV MOS-HEMT 提供低缺陷、高重复性的材料平台。
标题：Effect of Ⅵ/Ⅲ ratio on the growth of κ-Ga₂O₃ film via MOCVD
作者：Jiaqi Lu, Wei Zhang, Maolin Zhang, Xueqiang Ji, Daoyou Guo, Zhilai Fang, Shan Li*, Weihua Tang*
出版信息：Appl. Phys. Lett. 127, 201902 (2025)
原文网址：https://doi.org/10.1063/5.0288203
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