多晶金剛石襯底范德瓦耳斯外延GaN薄膜

編號：CYYJ03436

篇名：多晶金剛石襯底范德瓦耳斯外延GaN薄膜

作者：白玲 寧靜 張進成 王東 王博宇 武海迪 趙江林 陶然 李忠輝

關鍵詞： GAN 金剛石 范德瓦耳斯外延生長 高散熱 Al組分漸變 二維材料

機構： 西安電子科技大學寬帶隙半導體技術國家重點學科實驗室 西安電子科技大學石墨烯陜西聯(lián)合重點實驗室 西電蕪湖研究院 南京電子器件研究所碳基電子學CETC重點實驗室

摘要： 隨著氮化鎵(GaN)在高功率領域的廣泛應用,GaN基器件的散熱性能成為了制約其功率密度的主要因素,因此開辟新的熱管理方案至關重要。具有高熱導率的金剛石襯底可以用于改善GaN器件的散熱問題。然而,由于金剛石和GaN之間的天然晶格失配,在金剛石襯底上GaN的直接外延仍然是一個難以克服的問題。本工作以二維材料/Al組分漸變的AlGaN異質(zhì)結作為襯底與外延層之間的成核層,在多晶金剛石襯底上實現(xiàn)了單晶GaN薄膜的范德瓦耳斯外延。其中,二維材料可以有效屏蔽掉襯底與外延層晶格不匹配帶來的不良影響,而Al組分漸變的AlGaN緩沖層結構可實現(xiàn)Ga原子和N原子的有序遷移,進而精確地控制GaN薄膜的生長。本工作為異質(zhì)襯底上高質(zhì)量生長氮化物提供新思路。實驗結果表明,成核層的引入有效地消除晶格失配的影響,從而打破了金剛石襯底上難以直接外延單晶GaN薄膜的瓶頸。本工作為GaN基器件的功率密度的進一步提升提供了基礎。