人工晶体学报

作者：白玲, 宁静, 张进成, 王东, 王博宇, 武海迪, 赵江林, 陶然, 李忠辉

单位：1.西安电子科技大学宽带隙半导体技术国家重点学科实验室,西安 710071; ；2.西安电子科技大学石墨烯陕西联合重点实验室,西安 710071; ；3.西电芜湖研究院,芜湖 241000; ；4.南京电子器件研究所碳基电子学CETC重点实验室,南京 210016

关键词：GaN,金刚石,范德瓦耳斯外延生长,高散热,Al组分渐变,二维材料,

基金：国家自然科学基金(62274134);国家重点R&D项目(2021YFA0716400);国家杰出青年科学基金(61925404);芜湖、西安电子科技大学产学研合作专项基金(XWYCXY-012021005);国家重点科技专项(2009ZYHW0015):中央大学基础研究基金(JBF201101);中央高校基本科研业务费专项资金(QTZX23052)

随着氮化镓(GaN)在高功率领域的广泛应用,GaN基器件的散热性能成为了制约其功率密度的主要因素,因此开辟新的热管理方案至关重要。具有高热导率的金刚石衬底可以用于改善GaN器件的散热问题。然而,由于金刚石和GaN之间的天然晶格失配,在金刚石衬底上GaN的直接外延仍然是一个难以克服的问题。本工作以二维材料/Al组分渐变的AlGaN异质结作为衬底与外延层之间的成核层,在多晶金刚石衬底上实现了单晶GaN薄膜的范德瓦耳斯外延。其中,二维材料可以有效屏蔽掉衬底与外延层晶格不匹配带来的不良影响,而Al组分渐变的AlGaN缓冲层结构可实现Ga原子和N原子的有序迁移,进而精确地控制GaN薄膜的生长。本工作为异质衬底上高质量生长氮化物提供新思路。实验结果表明,成核层的引入有效地消除晶格失配的影响,从而打破了金刚石衬底上难以直接外延单晶GaN薄膜的瓶颈。本工作为GaN基器件的功率密度的进一步提升提供了基础。

来源：2023年第5期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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