玻璃襯底上首次“異質外延”出準單晶氮化鎵薄膜

科技日報北京8月1日電 （記者馬愛平）記者從北京石墨烯研究院獲悉，中國科學院院士、北京大學/北京石墨烯研究院院長劉忠範與中科院半導體所研究員劉志強、北京大學物理學院研究員高鵬等合作，提出了一種納米柱輔助的範德華外延方法，國際上首次在玻璃襯底上成功異質外延出連續平整的準單晶氮化鎵薄膜，並製備了藍光發光二極管（LED）。相關成果7月30日發表於《科學》子刊《科學·進展》。

由於缺乏同質襯底，氮化物材料一直通過金屬有機化學氣相沉積在藍寶石、硅、碳化硅等單晶襯底上進行異質外延。但單晶襯底的尺寸、成本、晶格失配、熱失配、導熱導電性等限制了氮化物材料的發展。

研究人員巧妙地利用石墨烯的晶格來引導氮化物的晶格排列，在非晶玻璃上實現了氮化物的外延，得到了高質量的準單晶薄膜。他們進一步生長了藍光LED結構，其內量子效率高達48.7%。此外，他們充分利用界面處弱的範德華作用力，將生長的外延結構機械剝離並製備了柔性的LED樣品。

“這一成果是典型的‘從0到1’式的原創性突破，為石墨烯等二維材料的產業化應用提供了新思路，有望發展為氮化物變革性製備技術，解決先進半導體發展技術瓶頸，在新型顯示、柔性電子學等領域具有重要應用前景。同時，該技術通過異質外延減弱了氮化物對單晶襯底的依賴，對於擴大半導體外延襯底選擇範圍、豐富半導體異質外延概念、實現面向後摩爾時代的片上物質組裝和異構集成，具有重要意義。”劉忠範表示。