Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Исследовано влияние использования буферных слоёв a-Cr2O3, нанесённых магнетронным распылением и отжигом при 500 °С на воздухе, на структуру и электрические свойства плёнок a-Ga2O3, приготовленных методом HVPE на сапфировых подложках c (0001) и r (10-12) ориентаций. Для буферных слоёв a-Cr2O3 показано, что они являются мелкокристаллической текстурой с ориентацией, повторяющей ориентацию сапфировой подложки, имеют проводимость дырочного типа, обусловленную мелкими акцепторами с глубиной 75 мэВ, связанными, по всей видимости, с вакансиями хрома, и ширину запрещённой зоны около 3,4 эВ. На таком буфере растут плёнки чистого a-Ga2O3 полиморфа без включений k-Ga2O3 фазы. Без использования буферных слоёв окиси хрома достижение однофазного роста альфа полиморфа требует очень тщательной оптимизации условий нанесения плёнок. Присутствие буфера a-Cr2O3 приводит к снижению полуширины рентгеновских кривых качания симметричных и асимметричных отражений, свидетельствующему о том, что плотность краевых дислокаций в плёнках a-Ga2O3 уменьшается в несколько раз по сравнению с плёнками без буфера и составляет несколько единиц на 1E9 см-2, а плотность винтовых дислокаций уменьшается на порядок величины и близка к 2E6 см-2. Причиной наблюдаемых структурных улучшений является, по-видимому, выклинивание кристаллов с предпочтительной ориентацией после зарождения плёнки на текстуре кристаллитов a-Cr2O3 при разращивании плёнки и достижении ей некоторой критической толщины. Механизм, вероятнее всего, похож на хорошо изученный механизм улучшения структуры плёнок GaN при использовании низкотемпературных буферных слоёв GaN или AlN. Эффективности такого механизма при росте a-Ga2O3 должны в немалой степени способствовать изоморфность буферного слоя a-Cr2O3 и растущей плёнки a-Ga2O3 и близость параметров решётки оксида галлия и оксида хрома альфа политипа. Изучение электрических характеристик слабо легированных плёнок a-Ga2O3, выращенных на буфере a-Cr2O3, указывает на существование гетероперехода n-Ga2O3/p-Cr2O3, проявляющего себя в вольт-амперных и вольт-фарадных характеристиках плёнок с диодом Шоттки. Для сильно легированных плёнок нами обнаружено, что рост на буфере Cr2O3 приводит к сильному снижению концентрации нескомпенсированных доноров и сильному снижению концентрации глубоких электронных ловушек с уровнем около 1 эВ от края зоны проводимости. Это снижение более выражено для плёнок с r-ориентацией, где оно составляет более порядка величины, в отличие от плёнок ориентации (0001), где оно составляет несколько раз. Предполагается, что эффект связан с заметным изменением стехиометрии плёнки, растущей на буфере из оксида хрома, приводящему к снижению концентрации вакансий галлия и растворимости донорных атомов олова. Дополнительным стимулом к изучению гетеропереходов и твёрдых растворов с участием хрома в a-Ga2O3/a-(Ga1-xCrx)2O3 является надежда на получение p-типа проводимости в тройных растворах GaCrO. Сделана попытка получить такие растворы с помощью метода IBSD, которая показала возможность внедрения значительных концентраций хрома в плёнки Ga2O3. Свойства таких плёнок изучаются. Также проанализировано влияние ориентации сапфировой подложки на структурные свойства плёнок Ga2O3, показано, что рост на подложках r-сапфира помогает стабилизировать получение альфа-полиморфа и повышает его термостабильность. Проведены эксперименты с выращиванием методом HVPE на темплейтах GaN/sapphire толстых эпитаксиальных плёнок k-Ga2O3 с повышенным структурным совершенством. Интерес к таким плёнкам вызван существованием в них сильной спонтанной электрической поляризации и выраженных ферро-электрических свойств, что чрезвычайно перспективно для силовых полевых транзисторов. Проблема же заключается в тенденции k-Ga2O3 расти в виде микродоменов, разориентированных на 120 °. Предполагается, что при росте толстых плёнок методом HVPE будет происходить выклинивание одной предпочтительной ориентации. Установлено, что это действительно происходит: для плёнок с толщиной выше примерно 5 мкм полуширина рентгеновской кривой качания для симметричных и асимметричных отражений начинает заметно падать с ростом толщины и для пленок с толщиной 23 мкм уменьшается до 4,5' для отражения (004) и 14' для отражения (027). Дальнейшее увеличение толщины до 86 мкм ещё больше снижает полуширины кривых качания. Столь толстые плёнки k-Ga2O3 со столь высоким структурным совершенством получены нами впервые в мире. Ранее толщина плёнок r-Ga2O3, выращенных различными методами не превышала нескольких микрон и они характеризовались низким структурным совершенством, обусловленным сильным влиянием междоменных границ, приводившему к очень низкой проводимости плёнок в плоскости роста. В нашем случае проведённые исследования электрических характеристик диодов Шоттки, приготовленных на выращенных плёнках с рекордно высокой толщиной, показали, что в нелегированных плёнках конценртация нескомпенсированных доноров в глубине плёнки составляет примерно 1E15 см-3, однако верхние примерно 2 мкм плёнки сильно компенсированы. Проведённые нами впервые в мире детальные исследования спектров глубоких центров и их профилей распределения в плёнках показали, что в глубине плёнок в спектрах глубоких центров наблюдаются ловушки с уровнями 0,3, 0,6, 0,7, 0,8 и 1 эВ, среди которых основными являются ловушки 1 эВ, которые абсолютно преобладают в самых толстых исследованных плёнках. В то же время в приповерхностных слоях толщиной около 2 мкм наблюдается высокая концентрация ловушек 0,6 эВ, которая приводит к закреплению уровня Ферми на других ловушках 0,3 эВ и приводит к высокому слоевому сопротивлению плёнок малой толщины.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Методом Чохральского выращены в направлении (010) кристаллы β-Ga2O3 диаметром до 20 мм со структурным совершенством и электрическими характеристиками сравнимыми с характеристиками коммерческих кристаллов. Освоен гомоэпитаксиальный рост плёнок β-Ga2O3 методом HVPE на подложках различных ориентации, приготовленных из таких кристаллов. Синтезированы прекурсоры для выращивания методом mist CVD эпитаксиальных плёнок a-Ga2O3, a-Cr2O3, впервые синтезированы высокосовершенные плёнки твёрдых растворов a-(CrxGa1-x)2O3 различного состава, успешно получены плёнки a-(AlxGa1-x)2O3 разных составов, приготовлены гетеропереходы таких плёнок с a-Ga2O3, изучены их структурные и электрические характеристики. Изучены структурные и электрические свойства плёнок k-Ga2O3, выращенных методом HVPE с использованием техники эпитаксиального латерального заращивания (ELOG). Показано значительное уменьшение плотности дислокаций и подавление образования вращательных доменов в крыльях таких ELOG структур. Изучены электрические свойства подобных образцов, определены спектры глубоких дефектных состояний, в которых преобладают глубокие акцепторы с уровнями энергии около 0,7 эВ и 1 эВ от края зоны проводимости, высокая концентрация которых ограничивает проводимость плёнок и закрепляет уровень Ферми в поверхностных слоях плёнок вблизи 0,3 эВ от края зоны проводимости. Более высокая дефектность окон ELOG структуры приводит к значительной анизотропии проводимости при протекании тока вдоль полосок маски ELOG и перпендикулярно к этому направлению. Предложен механизм аномально высокой фоточувствительности в диодах Шоттки и фотосопротивлениях на основе плёнок β-Ga2O3, a-Ga2O3, k-Ga2O3. Показано, что для всех трёх полиморфов преобладающую роль играет захват дырок на глубокие акцепторные ловушки. В диодах Шоттки это приводит к необычному механизму фоточувствительности, связанному с изменением высоты барьера Шоттки в результате накопления заряда на ловушках. В фотосопротивлениях высокая фоточувствительность вызвана длительным прилипанием дырок на ловушках и соответствующим ростом времени жизни электронов. В том и другом случае аномально высокая фоточувствительность сопровождается очень длинным временем релаксации фототока, вызванным необходимостью выброса дырок с глубоких акцепторов.