Quaternary alloy ScAlGaN: A promising strategy to improve the quality of ScAlN

材料科学 分子束外延 光电子学 宽禁带半导体 半导体 超晶格 纤锌矿晶体结构 带隙 电子迁移率 杂质 合金 外延 纳米技术 化学 图层(电子) 冶金 有机化学
作者
Ping Wang,Ding Wang,Yutong Bi,Boyu Wang,Jonathan Schwartz,Robert Hovden,Zetian Mi
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:120 (1) 被引量:29
标识
DOI:10.1063/5.0060608
摘要

ScAlN is an emerging ultrawide bandgap semiconductor for next-generation radio frequency electronic devices. Here, we show that the material quality of ScAlN grown by molecular beam epitaxy can be drastically improved by alloying with Ga. The resulting quaternary alloy ScAlGaN exhibits a single-phase wurtzite structure, atomically smooth surface, high crystal quality, sharp interface, and low impurity concentration. Most significantly, oxygen impurity incorporation in ScAlGaN is found to be three to four orders of magnitude lower compared to that for ScAlN grown on AlN templates utilizing a similar Sc source. We further demonstrate that ScAlGaN/GaN superlattices exhibit clear periodicity with sharp interfaces. Moreover, GaN high electron mobility transistors with high sheet electron density and high mobility have been realized using ScAlGaN as a barrier. This work provides a viable approach for achieving high-quality Sc-III-N semiconductors that were not previously possible and further offers additional dimensions for bandgap, polarization, interface, strain, and quantum engineering.

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