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Al $ _2 $ o $ _3 $ dielectric on $β$ -ga $ -ga $ _2 $ _2 $ o $ $ _3 $和$β$ - （al $ _x $ _x $ ga $ _ {1-x {1-x} $）
In-situ MOCVD Growth and Band Offsets of Al$_2$O$_3$ Dielectric on $β$-Ga$_2$O$_3$ and $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ thin films
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论文摘要
$β$ -GA $ -GA $ _2 $ _2 $ _2 $ $ _3 $和$β$ - （al $ _x $ ga $ ga $ _a $ _ $ _ {1- x} $ _ {1-x} $ _3 $ _2 $ _3 $ _3 $ _3 $ _3 $ _3 $ _3 $ _3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _ 3 $ _3 $ _ 3 $ _ 3 $ _3 $ _ 3 $ _3 $ _3 $ _3 $ _ 3 $ _3 $ _3 $ _3 $ _3 $β$ - （al $ _x $ ga $ _ {1-x} $）$ _ 2 $ o $ $ _3 $胶片。高分辨率X射线衍射（HR-XRD）和扫描传输电子显微镜（HR-STEM）成像评估Al $ _2 $ o $ $ $ $ $ $ _3 $介质的界面和胶片质量，这表明高质量的无质量AL $ _2 $ $ _2 $ $ _3 $ DIELECTRICS（010）（010（010）（010）（010）（010） $β$ - （al $ _x $ ga $ _ {1-x} $）$ _ 2 $ o $ $ _3 $胶片。 $ _2 $ o $ _3 $的表面石化液均以$β$ - （Al $ _x $ _x $ ga $ _ {1-x} $ _ 2 $ _ 2 $ o $ $ $ _3 $的良好维护均具有6.91的频带量表的评估，并以高分辨率x-ray spection astion astion astion astion astion astion astion astion astion astion consitions，发现了良好的良好维护，以良好的保留，以x-ray spection repocy，均具有6.91的评估。 （ALD）Al $ _2 $ o $ _3 $ dielectrics。乐队在静脉内MOCVD和Ex-Situ Ald的演变均已存放为Al $ _2 $ o $ _3 $ _3 $/$β$ - （Al $ _x $ _x $ ga $ _ {1-x} $ _2 $ _ 2 $ o $ $ $ $ $ _3 $是由Al组成的功能确定的$β$ - （al $ _x $ ga $ _ {1-x} $）$ _ 2 $ o $ $ _3 $ y胶片在产生的频段对齐中。 II型频段对齐设备在MOCVD种植的Al $ _2 $ _3 $ _3 $/$β$ - （Al $ _x $ _x $ ga $ _ {1-x} $）$ _ 2 $ _ 2 $ _3 $ infterfaces（010）和（100）方向，而I型级别的i型和i型级别的较低式带式式带孔（010），与相关的管道较低的连接乐队（2）相对于2型带序（2）。这项工作的结果表明，具有尖锐接口的原地沉积高质量的Al $ _2 $ _2 $ _3 $ dielectrics可以被视为可行的替代品，用于为开发高性能的高性能$β$β$β$ -GA $ _2 $ _2 $ $ _2 $ o _2 $ _2 $ _2 $ _2 $ _2 $ _2 $ _2 $ _2 $ _2美元和$β$ - （Al $ _x $ ga $ _ {1-x} $）$ _ 2 $ o $ $ _3 $的设备。
The in-situ metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) growth of Al$_2$O$_3$ dielectrics on $β$-Ga$_2$O$_3$ and $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ films is investigated as a function of crystal orientations and Al compositions of $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ films. The interface and film qualities of Al$_2$O$_3$ dielectrics are evaluated by high resolution X-ray diffraction (HR-XRD) and scanning transmission electron microscopy (HR-STEM) imaging, which indicate the growth of high quality amorphous Al$_2$O$_3$ dielectrics with abrupt interfaces on (010), (100) and (-201) oriented $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ films. The surface stoichiometries of Al$_2$O$_3$ deposited on all orientations of $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ are found to be well maintained with a bandgap energy of 6.91 eV as evaluated by high resolution x-ray photoelectron spectroscopy, which is consistent with the atomic layer deposited (ALD) Al$_2$O$_3$ dielectrics. The evolution of band offsets at both in-situ MOCVD and ex-situ ALD deposited Al$_2$O$_3$/$β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ are determined as a function of Al composition, indicating the influence of the deposition method, orientation, and Al composition of $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ films on resulting band alignments. Type II band alignments are determined at the MOCVD grown Al$_2$O$_3$/$β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ interfaces for (010) and (100) orientations, whereas type I band alignments with relatively lower conduction band offsets are observed along (-201) orientation. Results from this work revealed that the in-situ MOCVD deposited high quality Al$_2$O$_3$ dielectrics with sharp interfaces can be considered as a viable alternative of commonly used ex-situ deposited (ALD) Al$_2$O$_3$ for developing high performance $β$-Ga$_2$O$_3$ and $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ based devices.
