玻璃衬底上首次“异质外延”出准单晶氮化镓薄膜

记者从北京石墨烯研究院获悉，中国科学院院士、北京大学/北京石墨烯研究院院长刘忠范与中科院半导体所研究员刘志强、北京大学物理学院研究员高鹏等合作，提出了一种纳米柱辅助的范德华外延方法，国际上首次在玻璃衬底上成功异质外延出连续平整的准单晶氮化镓薄膜，并制备了蓝光发光二极管（LED）。相关成果7月30日发表于《科学》子刊《科学·进展》。

由于缺乏同质衬底，氮化物材料一直通过金属有机化学气相沉积在蓝宝石、硅、碳化硅等单晶衬底上进行异质外延。但单晶衬底的尺寸、成本、晶格失配、热失配、导热导电性等限制了氮化物材料的发展。

研究人员巧妙地利用石墨烯的晶格来引导氮化物的晶格排列，在非晶玻璃上实现了氮化物的外延，得到了高质量的准单晶薄膜。他们进一步生长了蓝光LED结构，其内量子效率高达48.7%。此外，他们充分利用界面处弱的范德华作用力，将生长的外延结构机械剥离并制备了柔性的LED样品。

“这一成果是典型的‘从0到1’式的原创性突破，为石墨烯等二维材料的产业化应用提供了新思路，有望发展为氮化物变革性制备技术，解决先进半导体发展技术瓶颈，在新型显示、柔性电子学等领域具有重要应用前景。同时，该技术通过异质外延减弱了氮化物对单晶衬底的依赖，对于扩大半导体外延衬底选择范围、丰富半导体异质外延概念、实现面向后摩尔时代的片上物质组装和异构集成，具有重要意义。”刘忠范表示。

（原载于《科技日报》 2021-08-02 01版）