北京大学高鹏

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刘忠范、高鹏、李晋闽、魏宇杰合作J. Am. Chem. Soc.工作：石墨烯/蓝宝石基底上无应力AlN的快速生长

第三代半导体材料（AlN、GaN等）在发光二极管、激光二极管、紫外辐射源、高频功率电子学等领域具有广阔的应用前景。制备第三代半导体材料的常用方法是金属有机化学气相沉积（MOCVD）法，蓝宝石、硅、碳化硅等常被用作生长基底。但是，在材料外延过程中，基底与第三代半导体之间存在较大的晶格失配和热失配，这会导致材料中应力的积累以及缺陷密度的升高。除此之外，在材料岛状拼接生长过程中，在拼接界面处常常会出现大量的缺陷结构。上述两个过程所产生的缺陷结构会严重降低材料的质量，进而会影响器件的发光效率。

石墨烯具有诸多优异的物理化学性质，例如：超高的热导率、负膨胀系数及表面无悬挂键，等等。因此，石墨烯缓冲层在第三代半导体材料中的应用有望缓解器件的散热、热失配及晶格失配等问题，与此同时还可以降低材料的成核密度，减弱材料中的应力积累，进而降低缺陷密度，提高晶体质量。

近日，J. Am. Chem. Soc. 在线刊登了北京大学刘忠范教授课题组、高鹏研究员课题组与中国科学院半导体研究所李晋闽研究员课题组、中国科学院力学研究所魏宇杰研究员课题组合作发表的题为“Fast Growth of Strain-Free AlN on Graphene-Buffered Sapphire”的工作。该工作研究了AlN在石墨烯覆盖的蓝宝石上的生长行为，以及石墨烯对于AlN应力释放、缺陷密度降低的影响。研究表明：石墨烯缓冲层的引入可以显著降低AlN的成核密度，减小由于畴区拼接造成的缺陷结构密度。与此同时，石墨烯的插入还可以有效地释放AlN与蓝宝石之间由于晶格失配和热失配造成的应力。

该工作清晰地研究了石墨烯在第三代半导体材料生长中的作用，揭示了AlN在石墨烯覆盖的蓝宝石上的生长行为，以及石墨烯对于AlN应力释放、缺陷密度降低的影响，为石墨烯的应用开辟了新的领域，也为提升第三代半导体材料质量提供了新的途径。

原文链接：Fast Growth of Strain-Free AlN on Graphene-Buffered Sapphire， （J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 (38), pp 11935–11941, DOI: 10.1021/jacs.8b03871 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b03871）