Il divario di banda diretto dei materiali a base di AlN li rende adatti alla fabbricazione di dispositivi optoelettronici DUV, che hanno un'ampia gamma di prospettive applicative nei settori della cura, della disinfezione dell'acqua e dell'aria, della medicina e della biochimica. Pertanto, il raggiungimento di un'epitassia di alta qualità dei film AlN è di particolare importanza per garantire le prestazioni eccellenti dei dispositivi fotoelettrici DUV.

Attualmente, a causa della mancanza di substrati omogenei convenienti, la scelta ottimale per coltivare film di AlN è solitamente quella di eseguire una crescita eteroepitassiale su zaffiro. Sfortunatamente, le discrepanze intrinseche tra AlN e il substrato di zaffiro introducono inevitabilmente una varietà di difetti cristallini nell'epistrato di AlN. In particolare, la grande deformazione residua nel film di AlN porta alla non uniformità della distribuzione di Al nello strato superiore di AlGaN accompagnata dalla flessione del wafer, che limita fortemente le prestazioni del dispositivo. Pertanto, è necessaria una strategia fattibile per fare un salto di qualità per realizzare una crescita di alta qualità di film AlN eteroepitassiali e per soddisfare i requisiti applicativi dei dispositivi optoelettronici DUV.

Negli ultimi anni, è stato proposto un metodo emergente denominato epitassia quasi-van der Waals (QvdW) o epitassia remota basata su materiale bidimensionale (2D) per la crescita eteroepitassile di alta qualità dei nitruri del gruppo III. In quanto materiale 2D ampiamente studiato, il grafene è stato incorporato come strato tampone per la crescita epitassiale dei nitruri per alleviare efficacemente la mancata corrispondenza del reticolo e la mancata corrispondenza termica tra l'epistrato e il substrato. I precedenti rapporti sul film di nitruro epitassiale sul grafene di solito affermavano che il rilassamento dello stress del sistema epitassiale era realizzato attraverso la debole interazione tra grafene ed epistrati, ma manca una discussione dettagliata o una verifica rigorosa di questa affermazione.

Recentemente, Dou et al. osservato la formazione di legami chimici all'interfaccia tra il grafene cresciuto direttamente e lo zaffiro mediante microscopia elettronica a trasmissione corretta per l'aberrazione e ha scoperto la forte interazione tra grafene e zaffiro, che inevitabilmente sovvertirà la tradizionale percezione del rilassamento dello stress tramite una debole interazione vdW tra grafene e substrato . Pertanto, il meccanismo dell'epitassia QvdW dei film AlN sul grafene merita un'ulteriore esplorazione, che è essenziale per manipolare con precisione la qualità dei film AlN ed elevare ulteriormente le prestazioni dei dispositivi optoelettronici DUV.

In un nuovo articolo pubblicato su Light Science &Application , un team di scienziati, guidato dal professor Tongbo Wei del Research and Development Center for Semiconductor Lighting Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Pechino, Cina, e colleghi hanno ottenuto con successo un film AlN di alta qualità senza deformazioni attraverso l'ingegneria di deformazione-pre-negozio di guida Gr e ha presentato il meccanismo unico di rilassamento della deformazione nell'epitassia QvdW. Nel frattempo, il film AlN privo di deformazioni cresciuto su grafene/zaffiro può essere utilizzato come strato modello affidabile per l'epitassia di alta qualità dei dispositivi DUV-LED.

Riassumono i punti salienti del loro studio come segue:

"La densità di dislocazione dell'epistrato AlN con grafene mostra un'evoluzione anomala a dente di sega durante il processo di epitassia QvdW e i valori sono costantemente inferiori a quelli dello zaffiro nudo. Infine, il grafene consente al film AlN di realizzare una diminuzione del 62,6% della densità di dislocazione .

"Il calcolo dei primi principi viene introdotto per chiarire il meccanismo del grafene che regola lo stato di deformazione del film di AlN. È stato rivelato che il grafene trattato con plasma controlla la morfologia di nucleazione iniziale di AlN per pre-immagazzinare una deformazione di trazione sufficiente nell'epistrato per compensare per la deformazione di compressione causata dal reticolo e dal disadattamento termico durante l'eteroepitassia, facendo emergere così un film di AlN privo di deformazioni.

"La mappatura dello spazio reciproco del DUV-LED come fabbricato rivela una debole deformazione di compressione nello strato di n-AlGaN da 1,8 μm, indicando che il film AlN privo di deformazioni come strato modello affidabile consente lo stato cristallino di alta qualità della parte superiore Struttura epitassiale a LED.

"Il LED DUV da 283 nm con grafene esibisce una potenza di uscita della luce 2,1 volte superiore rispetto alla sua controparte in zaffiro nudo e una stabilità favorevole della lunghezza d'onda luminosa in un intervallo di corrente da 10 mA a 80 mA, che è attribuita alla migliore qualità del cristallo con una debole deformazione residua della struttura epitassiale a base di grafene.

"Questo lavoro rivela il meccanismo interno della crescita QvdW del nitruro per migliorare la qualità epitassiale su substrati di grandi dimensioni non corrispondenti e fa indubbiamente luce sull'ulteriore promozione della produzione di dispositivi a base di nitruro". + Esplora ulteriormente

I cristalli di grafene crescono meglio sotto la copertura di rame