III族氮化物半導體外延層薄膜

在現代光電子學和電子學中，III族氮化物寬禁帶半導體III-nitride wide bandgap semiconductors是很有前景的新材料。鑒于在大晶格失配的異質襯底上，生長異質外延薄膜的質量不斷提高，這種半導體材料的應用，有望取得了更大進展。但與塊體單晶相比，材料質量仍有很大的提升空間。

Group-III nitride heteroepitaxial films approaching bulk-class quality.III族氮化物異質外延膜，接近塊體級質量近日，北京大學人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、寬禁帶半導體研究中心Jiaming Wang, 解楠Nan Xie, 許福軍Fujun Xu，沈波Bo Shen等，以“Group-III nitride heteroepitaxial films approaching bulk-class quality”為題，在《Nature Materials》上發文，通過可控離散化和微柱凝聚coalescence of columns，實現了高質量的III族氮化物異質外延膜。 基于具有規則六邊形孔的納米圖案化氮化鋁AlN/藍寶石模板，藍寶石氮化預處理和解理面的有序橫向生長，保證了離散的氮化鋁AlN柱，以均勻的面外和面內取向結合，有效地抑制了凝聚過程中穿透位錯threading dislocations的再生。氮化鋁AlN異質外延膜中，位錯蝕坑密度達到3.3×10E4cm-2，接近目前已有的氮化鋁AlN體單晶。該項研究，促進了具有低成本和可擴展性的體塊級質量III族氮化物薄膜生長。

圖1:在納米圖案化氮化鋁藍寶石模板nano-patterned AlN/sapphire templates，NPATs上生長氮化鋁AlN的示意圖。

圖2:在納米圖案化氮化鋁藍寶石模板NPATs和納米圖案化藍寶石模板nano-patterned sapphire substrates，NPSSs上，氮化鋁AlN聚結期間的取向控制。

圖3:在納米圖案化氮化鋁藍寶石模板NPATs上，氮化鋁AlN的結晶質量。

圖4:在納米圖案化氮化鋁藍寶石模板NPATs上，制造深紫外光電二級管deep-ultraviolet light-emitting diodes，DUV-LED的性能。

文獻鏈接： https://www.nature.com/articles/s41563-023-01573-6