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半導體所與北大合作在二維晶體范德華外延氮化物方面取得新進展

2018-09-12

 

 

二維晶體材料如石墨烯、氮化硼等由于其獨特的結構、物理特性和光電性能而被廣泛研究,近年來二維材料獨特的范德華外延也為氮化物外延生長開啟了新的大門。范德華外延將晶體襯底與材料間的并入式生長模式,轉換為范德華低勢壘誘導生長模式,因此允許外延層與襯底之間存在很大的晶格失配,可以用來生長高質量氮化物薄膜同時層間范德華作用能夠通過滑移等途徑實現柔性剝離,將為設計構造新型半導體照明產品提供更廣闊的空間。

最近,中國科學院半導體研究所半導體照明研發中心與北京大學納米化學研究中心劉忠范院士課題組合作,在石墨烯上外延氮化物取得了系列進展,提出直接利用石墨烯作為生長緩沖層來實現高亮LED的新策略。北大利用CVD方法,在藍寶石上直接生長大面積石墨烯,避免了石墨烯轉移過程中的污染、破損問題。半導體所在石墨烯/藍寶石上生長的GaN薄膜具有低應力(0.16 GPa)和位錯密度(~108×cm?2),得到的藍光LED光輸出功率較傳統工藝提升19.1%。同時石墨烯緩沖層省略了低溫緩沖層生長工藝,節省MOCVD生長時間,有望進一步降低成本。相關研究成果發表于Advanced MaterialsAdv. Mater. 2018,30,1801608)。

同時研究團隊也詳細研究了石墨烯上氮化物生長機理,發現石墨烯可以改變成核密度,大幅度提高AlN成核島的生長速度,從而降低融合邊界的位錯密度。DFT計算和實驗結果也驗證了石墨烯可以顯著改善外延層中的應力,為后續柔性LED器件實現奠定了基礎。相關研究成果在線發表于Journal of the American Chemical SocietyJACSdoi/10.1021/jacs.8b03871)。


1a)石墨烯插入層對AlN成核的影響;(b)石墨烯/藍寶石及裸露藍寶石區域AlN成核密度統計;(cdAlN/石墨烯/藍寶石及AlN/藍寶石平面樣的選區電子衍射;(eAlN/石墨烯/藍寶石及AlN/藍寶石中AlNE2 (high)峰的拉曼表征;(fAlN/石墨烯/藍寶石中石墨烯的G峰及2D峰的拉曼表征;(ghAlN/石墨烯/藍寶石及AlN/藍寶石中AlNE2 (high)峰的拉曼Mapping

北大博士生陳召龍和亓月分別作為兩篇論文第一作者,半導體所博士生張翔和王蘊玉分別作為共同第一作者,劉忠范院士、李晉閩研究員、魏同波研究員和高鵬研究員作為兩篇論文共同通訊作者。上述研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然基金的支持。

兩篇文章鏈接如下:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201801608

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b03871



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