石墨烯新型外延衬底 实现深紫外LED的新策略

 

　　该成果以Improved Epitaxy of AlN Film for Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Enabled by Graphene 为题发表在《*材料》上(Adv. Mater.，DOI: 10.1002/adma.201807345)。半导体所研究员李晋闽、魏同波与北京大学刘忠范、研究员高鹏作为论文共同通讯作者，陈召龙与刘志强为论文共同作者。
 

　　深紫外LED可以广泛应用于杀毒、消菌、印刷和通信等领域，水俣公约的提出，促使深紫外LED的全面应用更是迫在眉睫，但是商业化深紫外LED不到10%的外量子效率严重限制了深紫外LED的应用。AlN材料质量是深紫外LED的核心因素之一，AlN薄膜主要是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法异质外延生长在c-蓝宝石、6H-SiC和Si(111)衬底上，AlN与衬底之间存在较大的晶格失配与热失配，使得外延层中存在较大的应力与较高的位错密度，严重降低器件性能。与此同时，AlN前驱体在这类衬底上迁移势垒较高，浸润性较差，倾向于三维岛状生长，需要一定的厚度才可以实现融合，增加了时间成本。
 

　　同时，魏同波与刘忠范团队合作提出了石墨烯/NPSS纳米图形衬底外延AlN的生长模型，理论计算和实验验证了石墨烯表面金属原子迁移增强规律，石墨烯使NPSS上AlN的合并时间缩短三分之二，同时深紫外LED功率得到明显提高，使深紫外光源有望成为石墨烯产业化的一个突破口。相关成果在Appl. Phys. Lett. 114, 091107 (2019)发表后被选为Featured article，并被AIPScilight 以New AlN film growth conditions enhance emission of deep ultraviolet LEDs 为题专门报道，也被半导体领域评论杂志Compound Semiconductor 杂志版(2019年第3期)和Semiconductor Today 同时长篇报道。
 

　　此外，针对深紫外发光器件中p型掺杂技术难题，刘志强提出了缺陷共振态p型掺杂新机制，该方法基于能带调控，获得受主离化率的同时，维持了较高的空穴迁移率，实现了0.16 Ω.cm的p型氮化镓电导率，为后续石墨烯在深紫外器件透明电极中的应用奠定基础。相关成果发表在Semicond. Sci. Technol. 33, 114004 (2018)，并获该期刊2018年度青年科学家佳论文奖，该成果也得到2014年诺贝尔物理学奖获得者Amano的积极评价。
 

　　上述系列研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然基金的支持。
 

　　原标题：科学家开发石墨烯/蓝宝石新型外延衬底 实现深紫外LED的新策略