美国俄亥俄州立大学（OSU）报道了利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）提高氧化镓（β-Ga2O3）外延生长速度的研究。研究小组特别研究了修改氧前驱体和使用离轴基底的效果。
研究人员评论道 “这项工作的成果为垂直功率电子器件用高晶质 β-Ga2O3 薄膜的 MOCVD 开发提供了指导"。
以 4.5μm/h 的速度生长的薄膜在 7x1015/cm3 的低载流子浓度下显示出高达 190cm2/V-s 的电子迁移率，这正是高功率/高电压垂直设备（如晶体管和肖特基势垒二极管）漂移层所需要的。β-Ga2O3的超宽带隙（UWBG）也使其对紫外线（UV）日盲光探测器具有吸引力。
研究小组报告说 “在氮化铝（AlN）、金刚石和氮化硼（BN）等几种 UWBG 候选半导体中，β-Ga2O3 具有一个独特的优势，即可以通过熔融生长技术合成缺陷密度较低的高质量块状Ga2O3"。
与速度更快的卤化物气相外延（HVPE）技术相比，MOCVD 技术在生成表面更光滑、缺陷更少的β-Ga2O3方面更具吸引力。因此，HVPE 薄膜需要进一步的工艺步骤，如化学机械平坦化 (CMP)。HVPE 的生长速度通常超过 5 微米。OSU 的研究表明，4.5μm/h 的 MOCVD 生长速率性能良好，接近 3μm/h MOCVD 的结果。
β-Ga2O3外延生长在商用半绝缘（010）掺铁β-Ga2O3衬底上。这些基底由 Novel Crystal Technology Inc. 镓前驱体是三甲基镓（TMGa）。对于氧气成分，研究人员比较了使用高纯度（>99.9999%）氧气（O2）和使用含百万分之十水分子的氧气（O2*）的情况。载气为氩气。生长温度和压力分别为 950°C 和 60 托。
生长速度从 4.3μm/h 到 8.1μm/h 不等，取决于前驱体的流速。硅烷（SiH4）用于 n 型硅掺杂。
与高纯度O2相比，使用O2* 的效果之一是减小了三维金字塔形表面缺陷的尺寸和密度。不过，O2*样品确实具有 “相对较高的表面结构密度，但特征尺寸要小得多”。
根据之前的研究，研究人员认为，O2* MOCVD 反应中 H 的存在增加了基底表面上原子的流动性，增加了扩散长度，“从而使薄膜表面更平滑、更均匀”。使用 O2* 的表面粗糙度为1.48纳米，而使用高纯度O2生长的样品表面粗糙度为2.59纳米。
两个6.3微米薄膜的同轴样品（生长速度为4.5微米/小时）显示出相似的电子传输特性：O2*和O2的电子载流子浓度分别为1.3x1016/cm3和1.4x1016/cm3，迁移率分别为185cm2/V-s和180cm2/V-s。
研究人员评论道 “随着薄膜厚度的减小，表面或界面粗糙度对传输特性的影响会更加突出。要了解表面形态对器件性能的影响，还需要进行进一步的研究。特别是对于具有厚外延层的器件，可能仍然需要对表面形态进行额外的优化"。
图 1：在不同生长条件（μm/min=μmol/min）下，生长在 2° 偏离切割和同轴（010）半绝缘 β-Ga2O3基底上的β-Ga2O3表薄膜的光学、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和原子力显微镜（AFM）图像的表面视图。
使用 2° 偏切基底进一步改善了表面形貌（图 1）。研究人员评论道 “在 β-Ga2O3 基底上引入偏角，为沿台阶/边缘进入的镓原子提供了优先成核点，从而抑制了随机成核点和三维缺陷的形成。此外，使用O2* 和相对较高的 V/III 比率可获得最佳的表面光滑度"。
根据二次离子质谱分析，高氧流速还能抑制碳的掺入。由于严重的电荷补偿效应，碳往往会降低硅 n 型掺杂的有效性和准确性。
图 2：使用 TMGa 以快速生长速率（4.3-8.1μm/h）生长的 (010) β-Ga2O3 外延薄膜的室温霍尔迁移率数据与电子浓度的比较，这些数据来自 OSU 的最新数据和之前报告的使用 TMGa 和三乙基镓 (TEGa) 前驱体的 MOCVD 数据。
研究人员实现了低可控 n 型掺杂，载流子浓度为 7x1015/cm3，迁移率为 190cm2/V-s（图 2）。生长速度为 4.5μm/h，其性能接近于以 3μm/h 的较慢生长速度达到的 ~200cm2/V-s 的记录。这些数值也接近理论极限。达到的最高电子载流子浓度为 3.6x18/cm3。
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