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首爾國立大學Gyu-Chul Yi等--GaN在石墨烯-藍寶石上的脈沖模式金屬有機氣相外延生長
      本研究報道了使用脈沖模式金屬有機物氣相外延在石墨烯涂覆的c應用襯底上生長高質(zhì)量GaN外延薄膜,以及通過簡單的機械剝離制造可轉(zhuǎn)移發(fā)光二極管(LED)的獨立GaN薄膜。在石墨烯涂層藍寶石襯底上生長的高質(zhì)量GaN膜可以通過使用熱釋放帶輕易地剝離并轉(zhuǎn)移到外來襯底上。此外,揭示了在GaN生長過程中氨流的脈沖操作是制備高質(zhì)量獨立GaN膜的關鍵因素。這些薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的單晶度,通過異質(zhì)外延生長InxGa1–xN/GaN多量子阱和GaN薄膜上的p-GaN層,被用于制造可轉(zhuǎn)移的GaN LED,顯示出其在先進光電器件中的潛在應用。

  
圖1. 通過使用NH3脈沖流生長技術在石墨烯涂覆的c-apphire襯底上實現(xiàn)高質(zhì)量GaN薄膜的三步生長工藝示意圖。該工藝包括(a)O2等離子體處理以增加石墨烯上的成核位點,(b)低溫GaN(LT-GaN)緩沖層生長,(c)在NH3的脈沖流下的脈沖外延橫向過度生長(PLOG)以在石墨烯上形成連續(xù)緩沖層,以及(d)在NH3的連續(xù)流下的高溫GaN(HT-GaN。

 
圖2. 在1050°c下的第二生長步驟中,使用各種NH3流動模式在石墨烯涂覆的c-apphire襯底上生長的GaN膜的SEM圖像和剝離結果。(a–d)具有不同NH3流動模式的第二生長步驟后的GaN樣品的SEM圖像:(a)連續(xù)流動,(b)3s開/1s關脈沖流動,(c)2s開/2s關脈沖流,和(d)1s開/3s關脈沖流量模式樣品。(e–h)在1150°C下第三次生長步驟后的GaN樣品的SEM圖像:(e)連續(xù)流動,(f)3s開/1s關脈沖流動,(g)2s開/2s關脈沖流,和(h)1s開/3s關脈沖模式樣品。(i–l)顯示使用熱剝離帶的GaN樣品的樣品和剝離結果的照片:(i,j)顯示沒有剝離,而(k,l)顯示透明基底和熱剝離帶上的剝離膜并排。
 
 
圖3. (a) 在第二生長步驟中使用連續(xù)流NH3生長的石墨烯涂覆的c-apphire襯底上的GaN薄膜的橫截面STEM圖像和(b)虛線框的放大圖像。(c) 在第二生長步驟中使用2s開/2s關脈沖流NH3生長的石墨烯涂覆的c-apphire襯底上的GaN薄膜的橫截面STEM圖像和(d)虛線框的放大圖像。

 
圖4. 在第二生長步驟中,通過使用NH3脈沖流模式的三步生長方法,在石墨烯涂覆的c-apphire襯底上通過遠程外延生長GaN薄膜。(a) 低放大率STEM圖像和(b)GaN和藍寶石之間界面處的選區(qū)電子衍射(SAED)圖案。(c) 電子背散射衍射(EBSD)反極圖(IPF)圖,(d)X射線衍射(XRD)θ/2θ掃描,(e)GaN(0002)XRD搖擺曲線,和(f)石墨烯涂層c表面上生長的GaN薄膜的XRD方位角掃描。

 
圖5. (a) 在銅箔上制造的可轉(zhuǎn)移GaN LED器件結構示意圖。(b) 拍攝LED發(fā)光的照片。(c) 施加正偏壓到Ni/Au和負偏壓到銅箔的轉(zhuǎn)移LED的I–V特性曲線。(d) 在各種施加偏壓水平下的室溫電致發(fā)光(EL)光譜。
 
        相關研究成果由首爾國立大學Gyu-Chul Yi等人2023年發(fā)表在Nano Letters (鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03333)上。原文:Pulsed-Mode Metalorganic Vapor-Phase Epitaxy of GaN on Graphene-Coated c-Sapphire for Freestanding GaN Thin Films

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號

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