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L. W. Tu、Y. C. Lee、K. H. Lee、C. M. Lai和I. Lo来自台湾国立中山大学物理系，K. Y. Hsieh来自该校材料科学与工程研究所，M. Hong则来自美国贝尔实验室Lucent Technologies。这项研究于1999年发表在《Applied Physics Letters》上。

该研究主要涉及分子束外延（Molecular-Beam Epitaxy, MBE）生长的Ga2O3(Gd2O3)/GaAs结构的光致发光温度依赖性。由于GaAs金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors, MOSFETs）的制造长期以来一直是半导体领域的重要目标，但其发展一直受到门氧化层材料选择的限制。相比之下，Si及其自然形成的SiO2氧化层具有优异的性能，成为行业标准。因此，寻找适合GaAs的高质量门氧化层材料至关重要。近年来，贝尔实验室的研究团队成功使用MBE生长的Ga2O3(Gd2O3)作为GaAs MOSFET的门氧化层，并取得了突破性进展。本研究旨在通过光致发光（Photoluminescence, PL）测量进一步验证这种结构的优异性能。

研究主要包括以下几个步骤：首先，在超高真空条件下，利用MBE系统在GaAs衬底上依次生长GaAs外延层和Ga2O3(Gd2O3)薄膜。GaAs衬底为重掺杂Si的(100)晶向晶圆，外延层厚度为1.5微米，掺杂浓度为1.6×10^16 cm^-3。随后，样品被转移到另一生长室中，使用电子束蒸发技术沉积Ga2O3(Gd2O3)薄膜，其厚度约为100纳米或更小。薄膜的成分比例取决于衬底温度，且通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）观察显示薄膜呈非晶态并具有颗粒特征，界面非常清晰。其次，使用波长为514.5纳米的Ar离子激光器作为激发光源，通过Spex 1000M光谱仪和Si探测器进行PL测量。温度依赖性测量在Oxford Optistat浴式低温恒温器中完成，温度范围从300 K降至1.5 K。最后，通过标准锁相技术提高信噪比，并对数据进行分析。

研究的主要结果如下：首先，通过对Ga2O3(Gd2O3)/GaAs和Al0.45Ga0.55As/GaAs样品的PL光谱进行比较，发现两者的峰值位置、峰值宽度和峰值强度非常相似。例如，在4.2 K时，Ga2O3(Gd2O3)/GaAs样品的近带边发射主峰位于1.514 eV，归因于中性施主束缚激子（D0,X）。而在Al0.45Ga0.55As/GaAs样品中，相同能量范围内的发射峰相对不明显，这可能与Ga2O3(Gd2O3)生长过程中微量C元素的掺入有关。其次，通过Varshni方程拟合两种样品的近带边发射峰位置随温度的变化曲线，结果显示两者之间的差异小于1%。拟合参数与已发表的数据高度一致。此外，通过全宽半高（Full Width at Half Maximum, FWHM）分析发现，Ga2O3(Gd2O3)/GaAs样品的FWHM在整个测量温度范围内仅比Al0.45Ga0.55As/GaAs样品大不到10%，表明其缺陷/杂质含量较低。最后，通过对PL积分强度与温度倒数的关系进行分析，发现热淬灭现象在约40 K时开始显著，结合理论模型拟合得出束缚激子的解离能约为5.0 meV。

本研究得出结论：Ga2O3(Gd2O3)/GaAs结构在光学特性方面表现出卓越的性能，几乎与Al0.45Ga0.55As/GaAs异质结构无法区分。这一结果不仅证明了Ga2O3(Gd2O3)/GaAs结构的优越性，还为其在GaAs MOSFET中的应用提供了强有力的支持。从科学价值来看，这项研究为理解Ga2O3(Gd2O3)/GaAs界面特性和优化其生长工艺提供了重要参考；从应用价值来看，它为开发高性能GaAs MOSFET奠定了基础。

本研究的亮点包括以下几点：第一，首次详细分析了Ga2O3(Gd2O3)/GaAs结构的PL温度依赖性，揭示了其优异的光学性能；第二，采用先进的MBE技术生长高质量薄膜，并结合多种实验手段进行全面表征；第三，研究结果直接支持了Ga2O3(Gd2O3)作为GaAs MOSFET门氧化层的可行性。此外，本研究还提出了未来研究方向，例如进一步优化界面结构以降低缺陷密度。

这项研究不仅展示了Ga2O3(Gd2O3)/GaAs结构的卓越性能，还为GaAs MOSFET的发展提供了重要的理论和实验依据，具有重要的学术和工业价值。