β-Ga2O3具有超宽的禁带宽度（~4.9 eV）、较高的击穿电场（~8 MV/cm）以及稳定的化学性质，在大功率器件及日盲紫外探测领域有广阔的应用前景。器件应用要求对β-Ga2O3中导电类型及载流子浓度进行精确调控，然而，直接合成的非故意掺杂β-Ga2O3往往具有强n型的背景电导，由此产生的补偿效应阻碍了其p型掺杂的实现以及对其载流子浓度的精确控制，因此对β-Ga2O3的n型背景电导的研究十分重要。目前有研究者提出β-Ga2O3的n型背景电导来源于非故意掺杂的氢引入的浅施主。此外，有研究者表明氢也能与其他缺陷形成复合体，例如，镓空位与四个氢原子的复合体表现为n型导电。目前，大多数氢相关的缺陷研究均基于β-Ga2O3单晶材料或同质外延层，且缺乏氢掺杂对材料性质影响的系统研究。

近日，中国科学院半导体研究所和北方工业大学在单晶蓝宝石衬底上成功异质外延β-Ga2O3薄膜，并系统研究了氢等离子体处理对β-Ga2O3薄膜电学与光学性质的影响。结果表明，异质外延的β-Ga2O3薄膜具有较高的晶体质量，其XRD摇摆曲线半高宽为1.29o，且氢等离子体处理后，β-Ga2O3薄膜的晶体质量基本保持不变。氢等离子体处理后，β-Ga2O3薄膜的电导率显著提升，极有可能是间隙氢引入的浅施主态所致，而不同温度下（80-300 K）载流子浓度保持稳定，证明引入的氢施主完全电离。此外，氢等离子体处理后缺陷相关的PL发光峰强度显著降低，是由于引入的氢原子与β-Ga2O3薄膜中缺陷或受主杂质复合，进而表现出钝化作用。

通过氢等离子体处理进行β-Ga2O3薄膜的氢掺杂，不仅提供了一种β-Ga2O3薄膜的新的掺杂方法，同时该工作也加深了对β-Ga2O3的n型背景电导的理解，推动了β-Ga2O3基器件实际应用的进程。

该文章以题为“Electrical and optical properties of hydrogen plasma treated β-Ga2O3 thin films”发表在Journal of Semiconductors上。

图1.（a）氢等离子体处理的β-Ga2O3薄膜SIMS深度剖析；β-Ga2O3薄膜氢等离子处理前后的（b）Raman光谱、（c）XRD谱、（d）摇摆曲线、（e）UV-vis吸收光谱及Tauc图和（f）PL光谱。

图2. β-Ga2O3薄膜（a）电阻和（b）霍尔测试数据与氢等离子体处理时间的关系；β-Ga2O3薄膜（c）电阻和（d）霍尔测试数据与氢等离子体处理中RF功率的关系；β-Ga2O3薄膜（e）电阻和（f）霍尔测试数据与氢等离子体处理中氢流量的关系。

文章信息：

Electrical and optical properties of hydrogen plasma treated β-Ga2O3thin films

Qian Jiang, Junhua Meng, Yiming Shi, Zhigang Yin, Jingren Chen, Jing Zhang, Jinliang Wu, Xingwang Zhang

J. Semicond. 2022, 43(9): 092802

doi: 10.1088/1674-4926/43/9/092802

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/9/092802