洪瑞華Ray-Hua Horng

大膽採用 MOCVD 磊晶成長氧化物 開創新材料應用

本人自 2012 年即開始嘗試以有機金屬化學氣相沉積技術 (MOCVD) 磊晶成長寬能隙氧化鎵系列之氧化物，更領先國際以 MOCVD 成長氧化鎵鋅 (ZnGa2O4) ，並從理論模擬與實驗驗證 ZnGa2O4 磊晶之機制 (發表於 Crystal Growth & Design , Vol. 17, pp. 6071-6078 (Nov. 2017)。此一研究提出當氧化鎵成長於藍寶石基板時，會因晶格常數不匹配存在極大應力，當加入鋅原子時，會因為應力釋放而轉變形成尖晶石之 ZnGa2O4，本團隊證實此一材料可以由 MOCVD 備製，這也是史上第一次。。

之後陸續將其應用於電晶體、氣體感測器與深紫外光光感測器，吸引國際學者之注意。自 2019 年與美國 Wright State University, David C Look 教授合作，共同研究此一新材料 ZnGa2O4 簡併與非簡併之電與光特性，並發表於 Applied Physics Letter 116, 252104 (June, 2020) (IF=3.791)”Electrical and optical properties of degenerate and semi-insulating ZnGa2O4: Electron/phonon scattering elucidated by quantum magnetoconductivity”，此篇論文被 Editor 標示為重要論文。

後續又與任職於法國 GEMaC, University Paris-Saclay 之教授E. Chikoidze 合作，共同研究尖晶石 ZnGa2O4 雙電性之自摻雜特性 ”Bipolar Self-doping in Ultra-wide Bandgap Spinel ZnGa2O4”此論文於 2021 年 6 月發表在 Materials Today Physics, Vol. 20, p.100466, IF=10.443。在此一研究中，本團隊調變各種磊晶條件於藍寶石基板上磊晶成長不同電性之 ZnGa2O4 磊晶膜，並以 XRD 與 TEM 鑑定分析其微觀結構與高解析晶格影像，法國 Chikoidze 教授以高解析之 XPS、GDS ( 法國 Horiba Jobin Yvon 合作支援量測與分析)、磁性與電性分析，共同提出未加入雜質時，此一材料可以藉由磊晶條件控制在尖晶石化學中產生豐富的陽離子配位，可以將 ZnGa2O4 固有電導率及其極性控制在 10 個數量級以上，在鋅較多之環境下 (Zn-rich) 形成鋅與鎵錯位之現象，鋅取代鎵，導致形成 p-type。本研究也發現負電磁現象 (negative magnetoresistance phenomena) 此一現象，經量測驗證來自於自摻雜現象。此一基礎研究，提供後續磊晶成長與應用此一寬能隙材料之重要參考。