长春光学研究所
(a)生长在Gr缓冲的蓝宝石上的具有不同厚度的AlN外延层的FWHMs XRCs
(b)具有和不具有不同厚度的Gr缓冲层的AlN膜的估计DD
(c)具有g = [0002]的外延AlN/Gr/蓝宝石的DF图像
(d)氮化铝/石墨/蓝宝石界面的HRTEM图像
(e)生长的AlN/Gr/蓝宝石结构的拉曼光谱
(f)具有不同生长厚度的AlN的E₂(高)的相对拉曼位移
鸣谢:张洪亮等
AlN基材料的直接带隙使其适合制作DUV光电器件，在医疗、水和空气消毒、医学和生物化学等领域具有广泛的应用前景
因此，实现高质量的AlN薄膜外延对保证DUV光电器件的优异性能尤为重要
目前，由于缺乏成本有效的同质衬底，生长AlN膜的最佳选择通常是在蓝宝石上进行异质外延生长
不幸的是，AlN和蓝宝石衬底之间的固有失配不可避免地将各种晶体缺陷引入AlN外延层
特别地，alN膜中的大残余应变导致上部AlGaN层中Al分布的不均匀性，并伴随着晶片弯曲，这严重限制了器件性能
因此，需要一个可行的策略来实现质的飞跃，实现异质外延AlN薄膜的高质量生长，满足DUV光电器件的应用要求
近年来，提出了一种基于二维(2D)材料的称为准范德瓦尔斯(QvdW)外延或远程外延的新兴方法，用于高质量的III族氮化物异质外延生长
作为一种被广泛研究的2D材料，石墨烯已经被用作氮化物外延生长的缓冲层，以有效缓解外延层和衬底之间的晶格失配和热失配
以往关于石墨烯上外延氮化膜的报道通常认为外延系统的应力松弛是通过石墨烯与外延层之间的弱相互作用实现的，但这种说法缺乏详细的讨论或严格的验证
最近，窦等人
通过像差校正的透射电子显微镜观察了直接生长的石墨烯和蓝宝石之间的化学键形成，发现了石墨烯和蓝宝石之间的强相互作用，这将不可避免地颠覆传统的通过石墨烯和衬底之间的弱vdW相互作用产生应力弛豫的观点
因此，AlN薄膜在石墨烯上的QvdW外延机理值得进一步探索，这对于精确控制AlN薄膜的质量和进一步提高DUV光电器件的性能是至关重要的
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由中国北京中国科学院半导体研究所半导体照明技术研发中心的魏同波教授领导的科学家团队及其合作者通过Gr驱动应变预存储工程成功实现了高质量的无应变AlN薄膜，并提出了QvdW外延中独特的应变弛豫机制
同时，生长在石墨烯/蓝宝石上的无应变AlN薄膜可以用作DUV LED器件高质量外延的可靠模板层
(a)两条AlN纳米线之间的聚结和表面键长的示意图
(b)两个无限AlN表面之间的结合和表面键长的示意图
d//(Al-N)是由表面Al和平行于表面的N原子形成的Al-N键的键长，d//(Al)是由表面Al和次表面N原子形成的平行Al-N键的键长，d//(N)是由表面N和次表面Al原子形成的平行Al-N键的键长
垂直键的概念是相似的
下标e和c分别表示纳米线在边缘和角落附近的键
(c)作为分离间隙的函数的纳米线和无限表面的平行键长的变化
(d)作为分离间隙的函数的纳米线和无限表面的垂直键长的变化
鸣谢:张洪亮等
他们总结了他们研究的重点如下: 具有石墨烯的AlN外延层的位错密度在QvdW外延过程中表现出异常的锯齿状演变，并且其值始终低于裸蓝宝石上的位错密度
最后，石墨烯使AlN薄膜实现了62
位错密度减少6%
引入第一性原理计算来阐明石墨烯调节AlN膜应变状态的机制
揭示了等离子体处理的石墨烯控制AlN的初始成核形态以在外延层中预存足够的拉伸应变来补偿异质外延期间由晶格和热失配引起的压缩应变，从而产生无应变AlN膜
制造的DUV LED的倒易空间映射揭示了在1
8微米n-AlGaN层，表明无应变AlN膜作为可靠的模板层能够实现上部LED外延结构的高质量结晶状态
“采用石墨烯制成的283纳米DUV LED表现出2
在10 mA至80 mA的电流范围下，比其在裸蓝宝石上的对应物高1倍的光输出功率和良好的发光波长稳定性，这归因于基于石墨烯的外延结构的较好的晶体质量和较弱的残余应变
这项工作揭示了QvdW生长氮化物以改善大失配衬底上外延质量的内在机理，无疑对进一步促进氮化物基器件的制造有重要意义
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