砷化镓上培育出的2DEG系统为新型光电器件铺平了道路

绝缘氧化物被认为是不能导电的含氧化合物。但是，当它们以精确的方式层叠在一起时，有时可以形成导电接口。

在界面处的导电电子可以产生二维电子气（2DEG），其具有奇特的量子特性，这使得2DEG系统实现在光子学和电子学中的应用。

目前，耶鲁大学的研究人员已经在砷化镓基础上发展了一个二维电子能谱（2DEG）系统，创造了一种高效吸收和发射光的半导体。这种发展被证明新型电子器件与光发生相互作用是有希望的，如新型超导开关，晶体管和气体传感器。

现在是以色列理工大学的Lior Kornblum说：“我认为这是氧化物电子的基石，”他在本周在AIP出版的《应用物理学杂志》上介绍了这项新的研究成果。

氧化物2DEG在2004年被发现。研究人员惊奇地发现，将两层少量绝缘氧化物夹在一起可以产生传导电子，其在氧化物之间的界面附近起到液体或气体的作用，并且可以传递信息。

研究人员早先已经用半导体观察了2DEG，但氧化物2DEG具有更高的电子密度，从而使其成为一些电子应用的潜在候选者。氧化物2DEG具有令人感兴趣的量子特性和他们的基本特性。例如，这些系统似乎显示出超导性和磁性的混合。

Kornblum表示：“一般来说，由于只能获得一小部分必要的氧化物晶体，所以很难大规模生产氧化物2DEG。然而，如果研究人员能够使巨大的商用半导体晶圆上生长出氧化物，那么他们将能够为实际应用扩大氧化物2DEGs的生产。在半导体上生长氧化物2DEG也使得研究人员能够改善结构与标准电子器件的集成。”因此，根据Kornblum的说法，允许氧化物电子与半导体中的电子一起工作可以产生新的功能和更多种类的器件。

此前，耶鲁团队在硅片上生长出氧化物2DEG。 在新的工作中，他们成功地在另一个重要的半导体砷化镓上也生长出氧化物二维电子气，这确实是一个更具挑战性的研究工作。

大多数半导体与空气中存在的氧发生反应并产生无序的表面层，在半导体上生长这些氧化物之前必须除去表面层。对于硅来说，将半导体在真空中加热即可，因此去除工作比较容易。然而，这种方法对砷化镓并不适用。

作为另一种选择，研究小组使用一层砷来覆盖砷化镓晶圆的干净表面。砷能够保护半导体表面不受空气的影响，同时还可以借助分子束外延的方法将晶圆输送到生长氧化物的仪器中。这种方法允许一种材料在另一种材料上生长，同时在整个界面上也可以保持有序的晶体结构。

接着轻轻地加热晶片从而蒸发薄的砷层，使下面的原始半导体表面露出。研究人员在砷化镓上生长出一种名为SrTiO3的氧化物，之后立即生长出另一种GdTiO3氧化物层。在这个过程中氧化物之间形成了2DEG。

砷化镓是被称为III-V族半导体的材料之一，并且这项研究使得将氧化物2DEG与其他材料结合成为可能。

文章来自azom，原文题目为Growing 2DEG System on Gallium Arsenide Paves Way for New Opto-Electrical Devices

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