北京（jīng）大學借助（zhù）石墨烯實現Si(100)襯（chèn）底上單晶GaN薄（báo）膜的外延生長

北京大學借助石墨烯實現Si(100)襯底上（shàng）單晶GaN薄膜的（de）外（wài）延生長

近日，北京大學物理學院寬禁帶半導體研究中心沈波和楊學林課題組與俞大鵬、劉開輝課題（tí）組（zǔ）合作，成功實現了Si(100)襯底上單晶（jīng）GaN薄膜的外延生（shēng）長，相關工（gōng）作於2019年7月23日在AdvancedFunctionalMaterials上（shàng）在線刊登[doi.org/10.1002/adfm.201905056]。



　　GaN基寬禁帶半導（dǎo）體具有帶隙大、擊穿電場高、飽和電子漂移速度大等優異，能夠滿足現代（dài）電子技術對高溫、高（gāo）頻、高功率（lǜ）等（děng）性能的要求，對國家的高（gāo）技術發展和國防建設具有重要（yào）意義。由於缺（quē）乏天然的GaN單晶襯底，GaN基半導（dǎo）體材（cái）料和器件（jiàn）主要在異質襯底上外延（yán）生長。因具有（yǒu）大尺寸（cùn）、低成本及易於集（jí）成等優（yōu）點，Si襯底上外延GaN成為近（jìn）年（nián）來學術（shù）界和（hé）產業界高度關注的熱點領域。



　　目前用（yòng）於GaN外延生長的Si襯底主要是Si(111)襯底，其表麵原子結構為三重排列，可為六方（fāng）結構的GaN外延提（tí）供六重對稱（chēng）表麵。然而，Si(100)襯底（dǐ）是Si集成電路技術的（de）主流襯底，獲得Si(100)襯底上GaN外延薄膜對於實（shí）現GaN器件和Si器件的集成至關重要。但Si(100)表麵原子為四重對稱，外延生長時無法有效匹配；同時Si(100)表麵存在二聚重構體，導致GaN麵內同時存在（zài）兩種不同取向的晶疇。迄今（jīn）國際上（shàng）還未（wèi）能實現標（biāo）準Si(100)襯底上單晶GaN薄膜（mó）的外延生長。





　　沈波和楊學林課題組創造性地使用（yòng）單晶石（shí）墨烯（xī）作為緩衝層，在Si(100)襯底上實現了單晶GaN薄（báo）膜的外延生長，並係統研（yán）究了石墨烯上GaN外延的成核機理和（hé）外延（yán）機製。該突破不僅為GaN器件與Si器件的集成奠定了科學基礎，而且對當前國際（jì）上關注的非晶襯底上氮化物半導體外（wài）延生長和GaN基柔性器件（jiàn）研（yán）製（zhì）具有重要的指導價值。



　　北京大學物理學（xué）院博士後馮玉霞為第一作者，沈波教授、劉開輝教授、楊學林（lín）老師為共同通訊作者。該工作的理論計算得到了李新征教授的指導與幫助。該（gāi）工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北（běi）京大學（xué）人工微（wēi）結（jié）構和介觀物理國家重點實（shí）驗室項目的資助。