記者從北京石墨烯研究院獲悉，中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)/北京石墨烯研究院院長劉忠范與中科院半導(dǎo)體所研究員劉志強、北京大學(xué)物理學(xué)院研究員高鵬等合作，提出了一種納米柱輔助的范德華外延方法，國際上首次在玻璃襯底上成功異質(zhì)外延出連續(xù)平整的準(zhǔn)單晶氮化鎵薄膜，并制備了藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)。相關(guān)成果7月30日發(fā)表于《科學(xué)》子刊《科學(xué)·進(jìn)展》。

由于缺乏同質(zhì)襯底，氮化物材料一直通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在藍(lán)寶石、硅、碳化硅等單晶襯底上進(jìn)行異質(zhì)外延。但單晶襯底的尺寸、成本、晶格失配、熱失配、導(dǎo)熱導(dǎo)電性等限制了氮化物材料的發(fā)展。

研究人員巧妙地利用石墨烯的晶格來引導(dǎo)氮化物的晶格排列，在非晶玻璃上實現(xiàn)了氮化物的外延，得到了高質(zhì)量的準(zhǔn)單晶薄膜。他們進(jìn)一步生長了藍(lán)光LED結(jié)構(gòu)，其內(nèi)量子效率高達(dá)48.7%。此外，他們充分利用界面處弱的范德華作用力，將生長的外延結(jié)構(gòu)機(jī)械剝離并制備了柔性的LED樣品。

“這一成果是典型的‘從0到1’式的原創(chuàng)性突破，為石墨烯等二維材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了新思路，有望發(fā)展為氮化物變革性制備技術(shù)，解決先進(jìn)半導(dǎo)體發(fā)展技術(shù)瓶頸，在新型顯示、柔性電子學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。同時，該技術(shù)通過異質(zhì)外延減弱了氮化物對單晶襯底的依賴，對于擴(kuò)大半導(dǎo)體外延襯底選擇范圍、豐富半導(dǎo)體異質(zhì)外延概念、實現(xiàn)面向后摩爾時代的片上物質(zhì)組裝和異構(gòu)集成，具有重要意義。”劉忠范表示。(科技日報記者 馬愛平)

關(guān)鍵詞： 玻璃襯底 準(zhǔn)單晶氮化鎵薄膜 氮化物材料 藍(lán)光發(fā)光二極管