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)藥和生物化學等領域具有廣泛的應用前景。因此，實現(xiàn)高質量的AlN薄膜外延對于保證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襯底，生長AlN薄膜的最佳選擇通常是在藍寶石上進行異質外延生長。不幸的是，AlN和藍寶石襯底之間的固有失配不可避免地會在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變導致上層AlGaN層中Al分布的不均勻，伴隨晶圓彎曲，嚴重限制了器件性能。因此，實現(xiàn)異質外延AlN薄膜的高質量生長，滿足深紫外光電子器件的應用需求，需要一個可行的策略實現(xiàn)質的飛躍。

近年來，人們提出了一種基于二維(2D)材料的準范德華(QvdW)外延或遠程外延方法，用于III族氮化物的高質量異質外延生長。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。以往關于石墨烯上外延氮化膜的報道通常稱外延系統(tǒng)的應力松弛是通過石墨烯與外延層之間的弱相互作用來實現(xiàn)的，但缺乏詳細的討論或對此說法的嚴格驗證。

最近，Dou等人。通過像差校正透射電子顯微鏡觀察直接生長的石墨烯與藍寶石界面處的化學鍵形成，發(fā)現(xiàn)石墨烯與藍寶石之間存在強相互作用，這將不可避免地顛覆傳統(tǒng)的通過石墨烯與襯底之間的弱vdW相互作用對應力松弛的看法.因此，AlN薄膜在石墨烯上的QvdW外延機制值得進一步探索，這對于精確控制AlN薄膜的質量，進一步提升DUV光電器件的性能至關重要。

在發(fā)表于LightScience&Application的新論文中，由中國科學院半導體研究所半導體照明技術研發(fā)中心魏通波教授領導的科學家團隊及其同事成功通過Gr驅動應變預存儲工程實現(xiàn)了高質量的無應變AlN薄膜，并提出了QvdW外延中獨特的應變松弛機制。同時，在石墨烯/藍寶石上生長的無應變AlN薄膜可用作DUV-LED器件高質量外延的可靠模板層。

他們將研究的重點總結如下：

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

“引入第一性原理計算來闡明石墨烯調節(jié)AlN薄膜應變狀態(tài)的機制。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)，以在外延層中預存足夠的拉伸應變以補償用于異質外延過程中由晶格和熱失配引起的壓縮應變，從而產生無應變的AlN薄膜。

“所制造的DUV-LED的倒數空間映射揭示了1.8μmn-AlGaN層中的弱壓縮應變，表明無應變AlN薄膜作為可靠的模板層能夠實現(xiàn)上層的高質量結晶狀態(tài)LED外延結構。

“使用石墨烯制成的283nmDUVLED的光輸出功率比裸藍寶石上的對應物高2.1倍，并且在10mA至80mA的電流范圍內具有良好的發(fā)光波長穩(wěn)定性，這歸因于更好的晶體質量具有基于石墨烯的外延結構的弱殘余應變。

“這項工作揭示了氮化物QvdW生長以提高大失配襯底上的外延質量的內在機制，無疑為進一步推動基于氮化物的器件制造提供了啟示。”

　　免責聲明：本文由用戶上傳，與本網站立場無關。財經信息僅供讀者參考，并不構成投資建議。投資者據此操作，風險自擔。 如有侵權請聯(lián)系刪除！