AlN基材料的直接帶隙使其適用于制造深紫外光電子器件，在固化、水和空氣消毒、醫(yī)藥和生物化學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的AlN薄膜外延對(duì)于保證DUV光電器件的優(yōu)異性能尤為重要。

目前，由于缺乏具有成本效益的均質(zhì)襯底，生長(zhǎng)AlN薄膜的最佳選擇通常是在藍(lán)寶石上進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)。不幸的是，AlN和藍(lán)寶石襯底之間的固有失配不可避免地會(huì)在AlN外延層中引入各種晶體缺陷。特別是AlN薄膜中較大的殘余應(yīng)變導(dǎo)致上層AlGaN層中Al分布的不均勻，伴隨晶圓彎曲，嚴(yán)重限制了器件性能。因此，實(shí)現(xiàn)異質(zhì)外延AlN薄膜的高質(zhì)量生長(zhǎng)，滿(mǎn)足深紫外光電子器件的應(yīng)用需求，需要一個(gè)可行的策略實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

近年來(lái)，人們提出了一種基于二維(2D)材料的準(zhǔn)范德華(QvdW)外延或遠(yuǎn)程外延方法，用于III族氮化物的高質(zhì)量異質(zhì)外延生長(zhǎng)。作為一種廣泛研究的二維材料，石墨烯已被納入氮化物外延生長(zhǎng)的緩沖層，以有效緩解外延層與襯底之間的晶格失配和熱失配。以往關(guān)于石墨烯上外延氮化膜的報(bào)道通常稱(chēng)外延系統(tǒng)的應(yīng)力松弛是通過(guò)石墨烯與外延層之間的弱相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但缺乏詳細(xì)的討論或?qū)Υ苏f(shuō)法的嚴(yán)格驗(yàn)證。

最近，Dou等人。通過(guò)像差校正透射電子顯微鏡觀察直接生長(zhǎng)的石墨烯與藍(lán)寶石界面處的化學(xué)鍵形成，發(fā)現(xiàn)石墨烯與藍(lán)寶石之間存在強(qiáng)相互作用，這將不可避免地顛覆傳統(tǒng)的通過(guò)石墨烯與襯底之間的弱vdW相互作用對(duì)應(yīng)力松弛的看法.因此，AlN薄膜在石墨烯上的QvdW外延機(jī)制值得進(jìn)一步探索，這對(duì)于精確控制AlN薄膜的質(zhì)量，進(jìn)一步提升DUV光電器件的性能至關(guān)重要。

在發(fā)表于LightScience&Application的新論文中，由中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體照明技術(shù)研發(fā)中心魏通波教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)及其同事成功通過(guò)Gr驅(qū)動(dòng)應(yīng)變預(yù)存儲(chǔ)工程實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的無(wú)應(yīng)變AlN薄膜，并提出了QvdW外延中獨(dú)特的應(yīng)變松弛機(jī)制。同時(shí)，在石墨烯/藍(lán)寶石上生長(zhǎng)的無(wú)應(yīng)變AlN薄膜可用作DUV-LED器件高質(zhì)量外延的可靠模板層。

他們將研究的重點(diǎn)總結(jié)如下：

“具有石墨烯的AlN外延層的位錯(cuò)密度在QvdW外延過(guò)程中表現(xiàn)出異常的鋸齒狀演變，并且該值始終低于裸藍(lán)寶石上的位錯(cuò)密度。最后，石墨烯使AlN薄膜的位錯(cuò)密度降低了62.6%.

“引入第一性原理計(jì)算來(lái)闡明石墨烯調(diào)節(jié)AlN薄膜應(yīng)變狀態(tài)的機(jī)制。揭示了等離子體處理的石墨烯控制了AlN的初始成核形態(tài)，以在外延層中預(yù)存足夠的拉伸應(yīng)變以補(bǔ)償用于異質(zhì)外延過(guò)程中由晶格和熱失配引起的壓縮應(yīng)變，從而產(chǎn)生無(wú)應(yīng)變的AlN薄膜。

“所制造的DUV-LED的倒數(shù)空間映射揭示了1.8μmn-AlGaN層中的弱壓縮應(yīng)變，表明無(wú)應(yīng)變AlN薄膜作為可靠的模板層能夠?qū)崿F(xiàn)上層的高質(zhì)量結(jié)晶狀態(tài)LED外延結(jié)構(gòu)。

“使用石墨烯制成的283nmDUVLED的光輸出功率比裸藍(lán)寶石上的對(duì)應(yīng)物高2.1倍，并且在10mA至80mA的電流范圍內(nèi)具有良好的發(fā)光波長(zhǎng)穩(wěn)定性，這歸因于更好的晶體質(zhì)量具有基于石墨烯的外延結(jié)構(gòu)的弱殘余應(yīng)變。

“這項(xiàng)工作揭示了氮化物QvdW生長(zhǎng)以提高大失配襯底上的外延質(zhì)量的內(nèi)在機(jī)制，無(wú)疑為進(jìn)一步推動(dòng)基于氮化物的器件制造提供了啟示。”

　　免責(zé)聲明：本文由用戶(hù)上傳，與本網(wǎng)站立場(chǎng)無(wú)關(guān)。財(cái)經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風(fēng)險(xiǎn)自擔(dān)。 如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除！