近日，南京大学电子科学与工程学院叶建东教授团队在国际权威学术期刊《Applied Physics Letters》发表最新研究论文，聚焦m面非极性 α-Ga₂O₃异质外延中的应变转变与镶嵌结构演化，系统揭示超宽禁带半导体α-Ga₂O₃薄膜生长的核心物理机制，为高质量氧化镓功率器件与光电器件的国产化制备提供关键理论与技术支撑。
氧化镓（Ga₂O₃）作为第四代超宽禁带半导体核心材料，其中刚玉结构的α-Ga₂O₃具有约5.3eV 的超宽带隙与优异的理论击穿场强，在高压功率电子、日盲紫外探测等领域具备不可替代的应用价值。但α-Ga₂O₃为亚稳相，异质外延过程中易因晶格失配与热膨胀差异产生应变累积、晶体缺陷及相转变，且m面非极性衬底的生长机制长期缺乏系统解析，成为制约其产业化的核心瓶颈。
此次研究中，团队采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，在m面蓝宝石衬底上实现了高质量非极性α-Ga₂O₃薄膜的可控外延生长。
通过高分辨率X射线衍射、透射电子显微镜等多尺度表征手段，首次完整阐明薄膜生长全过程的应变转变规律与镶嵌结构演化机制：明确初始生长阶段的拉伸应变随厚度增加逐步向压缩应变转变的临界节点，揭示应变竞争效应对晶体取向、缺陷密度及表面形貌的调控作用；同时发现 m 面衬底可有效抑制极性畴与位错增殖，获得原子级平整表面（粗糙度低至0.365nm）与低缺陷密度的纯相α-Ga₂O₃薄膜，验证了m面衬底在非极性氧化镓外延中的独特优势。
该研究的核心突破在于定量建立应变 – 结构 – 性能的关联模型，为α-Ga₂O₃异质外延的参数优化提供精准指导。实验数据显示，基于该机制调控的α-Ga₂O₃薄膜，其晶体质量（X射线摇摆曲线半峰全宽低至0.39°）与电学性能均达到国际先进水平，可直接支撑高压晶体管、日盲紫外探测器等高端器件的研发。
叶建东教授团队长期深耕氧化物半导体材料与器件领域，在氧化镓外延技术、缺陷调控及异质集成等方面成果丰硕，先后承担国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项国家级项目，相关成果已在《ACS Nano》《Applied Physics Letters》等顶级期刊发表。
（集邦化合物半导体整理）
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