Polymorphism and Faceting in Ga₂O₃ Layers Grown by HVPE at Various Gallium‐to‐Oxygen Ratios

Abstract

Herein, the influence of the oxygen flow on the formation of metastable polymorphs of gallium oxide (Ga2O3) grown by halide vapor phase epitaxy (HVPE) on c‐plane patterned sapphire substrates (PSS), on gallium nitride (GaN) templates, and on m‐plane smooth sapphire substrates is reported. X‐ray diffraction, scanning electron microscopy, and cathodoluminescence are used to identify different polymorphic phases. The samples deposited on bare PSS exhibit faceted growth of the α‐Ga2O3 on the cones of the sapphire substrate and the formation of the κ‐Ga2O3 between the cones. In contrast, growth on GaN templates results in hexagonal columns of κ‐Ga2O3 which produce a continuous smooth layer upon coalescence. The growth of Ga2O3 on m‐plane sapphire substrates results in overgrown pyramids of the α‐phase. For all types of substrates, the variation of the oxygen flow affects only the thickness and coalescence of Ga2O3 layers. Thus, the growth of Ga2O3 metastable polymorphs is mainly influenced by the form, orientation, and symmetry of the substrate and shows a weak dependence on stoichiometry.

Рекордно толстые эпитаксиальные слои kappa(ε)-Ga-=SUB=-2-=/SUB=-O-=SUB=-3-=/SUB=-, выращенные на GaN/c-сапфире

“…3. Его профиль схож с наблюдавшимся ранее на слое κ(ε)-Ga 2 O 3 , полученном методом MOCVD [1,18], и на тонких пленках κ(ε)-Ga 2 O 3 из HVPE процессов [19]. Полоса MCL 2−3.5 eV в наших измерениях может быть достаточно точно аппроксимирована четырьмя гауссовскими кривыми с пиками 2.59, 2.66, 2.86 и 3.12 eV.…”

“…Полоса MCL 2−3.5 eV в наших измерениях может быть достаточно точно аппроксимирована четырьмя гауссовскими кривыми с пиками 2.59, 2.66, 2.86 и 3.12 eV. Энергии пиков близки к тем, о которых сообщалось в [1,19], но несколько отличаются от [20].…”

Дефектная структура пленки α-Ga-=SUB=-2-=/SUB=-O-=SUB=-3-=/SUB=-, выращенной на m-грани подложки сапфира, по данным просвечивающей электронной микроскопии

“…Для снижения плотности ПД в эпитаксиальных слоях α-Ga 2 O 3 применяются следующие подходы: маскирование подложек [8], выращивание на патернированных подложках [9] и использование буферных слоев [10]. Альтернативным направлением является применение призматических и пирамидальных граней сапфира [11][12][13].…”

Defect structure of α-Ga-=SUB=-2-=/SUB=-O-=SUB=-3-=/SUB=- film grown on a m-face sapphire substrate, according to transmission electron microscopy investigation

“…The following approaches are used to reduce the TD density in epitaxial α-Ga 2 O 3 layers: masking of substrates [8], growth on patterned substrates [9], and the deposition of buffer layers [10]. The use of prismatic and pyramidal faces of sapphire is an alternative to these approaches [11][12][13].…”