超宽带隙（UWBG）半导体是半导体行业的下一个发展方向，其带隙比传统的宽带隙半导体（如SiC或GaN）更大[[1], [2], [3]]。这类半导体因其独特的材料特性（即高临界击穿场强、发光能力、热稳定性、辐射耐受性和化学惰性）[[4], [5], [6], [7]]而在射频放大器、深紫外光电子学、量子计算以及适用于极端环境的设备中引起了广泛关注。尽管氧化镓（Ga2O3）由于其出色的临界击穿场强和高Baliga优值（BFOM）以及成熟的熔融生长方法[[8]]而成为下一代功率器件的有力候选材料[[9,10]]，但其固有的低热导率以及难以实现可靠的p型掺杂问题，严重阻碍了基于Ga2O3的双极功率器件的发展[[11], [12], [13]]。这些限制促使人们开始寻找其他替代的超宽带隙半导体[[14]]。
基于镓的尖晶石材料因其超宽的带隙而备受关注，它们的立方晶体结构使其具有各向同性的特性，从而增强了其在下一代先进应用中的潜力[[15], [16], [17]]。CuGa2O4是一种基于铜的立方反尖晶石氧化物，具有约4.5 eV的光学带隙，非常适合用于高性能的太阳盲检测器和光电子器件[[18], [19], [20]]。其优异的物理和化学稳定性也使其在催化剂、气体传感器、微波电介质、超级电容器电极、电池阳极和光伏器件等领域具有广泛的应用前景[[20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27]]。作为一种本征p型材料，CuGa2O4的自旋极化d电子对其半导体特性有重要影响，也使其非常适合与其他基于镓的尖晶石和超宽带隙氧化物形成异质结[[28]]。这种互补性使得CuGa2O4成为电子应用中的有希望的候选材料。
在我们之前的研究中[[29]]，我们成功地使用脉冲激光沉积（PLD）技术在c面蓝宝石基底上生长出了高质量的CuGa2O4薄膜，并通过详细的结构和光学表征确认了其优异的晶体质量和薄膜均匀性。然而，即使生长参数有微小变化，尤其是在较低温度下生长时，也常常会形成非晶CuGa2O4薄膜。为了将CuGa2O4集成到光电子和高性能电子设备中，了解沉积后的退火过程如何影响材料的性能至关重要。退火在决定薄膜的关键特性方面起着关键作用，包括晶粒尺寸、晶体取向、结晶度、应力、缺陷、表面粗糙度、带隙、折射率和位错密度等，这些因素都会影响器件的性能[[30], [31], [32], [33], [34]]。尽管Saikumar等人研究了射频磁控溅射（RF Magnetron-Sputtering）生长的CuGa2O4薄膜的退火温度对其结构和形态特性的影响[[27]]，但关于退火对薄膜成分和光学性质（尤其是折射率）的影响仍存在大量研究空白。本研究的新颖之处在于首次发现了在高温度退火过程中铝从蓝宝石基底扩散到CuGa2O4中的现象，这可能会无意中改变薄膜的化学成分、缺陷结构和电子能带配置。此外，基底诱导的元素扩散（例如铝从蓝宝石扩散到CuGa2O4层中的过程）的影响尚未得到系统研究。理解铝掺入对薄膜的影响至关重要，因为它会改变薄膜的化学成分和光学性质，从而影响器件的性能和可靠性。这一发现强调了基底-薄膜相互作用在决定氧化物薄膜功能性能中的关键作用，解决这一空白将有助于更深入地了解热处理引起的薄膜成分变化和化学状态。
本研究系统地研究了退火温度对CuGa2O4薄膜的结构、化学、形态和光学性质的影响。首先，在特定生长条件下使用PLD技术生长出非晶CuGa2O4薄膜，然后在恒定氧气环境中将其在600°C至900°C的温度范围内退火1小时。最后，全面分析了不同退火温度下薄膜的结构、化学、形态和光学性质。
