近日，宽禁带半导体国家工程研究中心马晓华教授团队何云龙副教授、陆小力教授等人在Elsevier旗下权威期刊《Journal of Materiomics》发表题为“(001) β-Ga2O3 epitaxial layer grown with in-situ pulsed Al atom assisted method by MOCVD”的科研成果。该研究创新性提出了脉冲铝原子辅助生长技术，成功突破了氧化镓外延材料制备关键技术瓶颈，为新一代高功率电子器件研发奠定基础。

氧化镓作为超宽禁带半导体材料的代表，在超高压电力电子、深紫外探测等领域具有重要战略价值。然而，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术制备(001)晶面β-Ga2O3外延层时，面临表面粗糙度高、界面缺陷密度大等难题，严重制约器件性能与可靠性。如何实现高平整度、低缺陷的薄膜外延生长，成为全球该领域的研究焦点。

团队研究人员针对上述挑战，创新性地提出了原位脉冲铝原子辅助生长方法。通过精确调控铝原子的脉冲注入时序与浓度，在外延生长过程中实现三重作用机制：定向成核，铝原子可作为优先成核位点，优化晶格排列取向；抑制副反应，有效抑制副产物的生成与解吸附，减少氧空位缺陷；界面重构，促进原子扩散，减弱随机岛状成核，显著改善外延层与衬底的界面质量。

图1 外延生长机理示意图

实验数据显示，新方法制备的外延层表面粗糙度（RMS）降低超过50%，X射线摇摆曲线半高宽（FWHM）低至45.2弧秒，氧空位缺陷密度下降达一个数量级。研究团队还首次观测到外延取向旋转现象，并提出了旋转角度与表面平整度的关联理论模型，为材料外延生长的精准调控提供了新的思路。

图2 HRTEM与SAED测试结果及原理

基于该技术制备的肖特基势垒二极管（SBD）展现出1.8 MV/cm的击穿场强，验证了高质量外延材料对器件性能的关键作用。该成果将有力支撑我国在超高压电力电子领域的自主创新，助力突破国外技术封锁。

图3 SBD的正向与反向IV特性

作为完全自主知识产权的原创性成果，研究团队已围绕脉冲铝原子辅助生长技术布局多项核心专利，覆盖关键工艺节点。目前，团队正与产业界合作推进技术转化，加速氧化镓材料在新能源汽车、智能电网等场景的应用，有望推动我国宽禁带半导体产业实现跨越式发展。