O band gap direto dos materiais à base de AlN os torna adequados para a fabricação de dispositivos optoeletrônicos DUV, que têm uma ampla gama de perspectivas de aplicação nas áreas de cura, desinfecção de água e ar, medicina e bioquímica. Portanto, obter uma epitaxia de alta qualidade de filmes de AlN é de particular importância para garantir o excelente desempenho dos dispositivos fotoelétricos DUV.
Atualmente, devido à falta de substratos homogêneos de baixo custo, a escolha ideal para crescer filmes de AlN é geralmente realizar crescimento heteroepitaxial em safira. Infelizmente, as incompatibilidades inerentes entre AlN e substrato de safira inevitavelmente introduzem uma variedade de defeitos cristalinos na epicamada de AlN. Em particular, a grande deformação residual no filme de AlN leva à não uniformidade da distribuição de Al na camada superior de AlGaN acompanhada de flexão de wafer, o que limita severamente o desempenho do dispositivo. Portanto, é necessária uma estratégia viável para dar um salto qualitativo para obter um crescimento de alta qualidade de filmes heteroepitaxiais de AlN e atender aos requisitos de aplicação de dispositivos optoeletrônicos DUV.

Nos últimos anos, um método emergente chamado epitaxia quasi-van der Waals (QvdW) ou epitaxia remota baseado em material bidimensional (2D) foi proposto para o crescimento heteroepitaxial de alta qualidade de nitretos do grupo III. Como um material 2D amplamente estudado, o grafeno foi incorporado como uma camada tampão para o crescimento epitaxial de nitretos para aliviar efetivamente a incompatibilidade de rede e a incompatibilidade térmica entre a epicamada e o substrato. Os relatos anteriores do filme de nitreto epitaxial sobre grafeno geralmente afirmavam que o relaxamento de tensões do sistema epitaxial era realizado através da fraca interação entre grafeno e epicamadas, mas falta uma discussão detalhada ou verificação rigorosa dessa afirmação.

Recentemente, Dou et al. observaram a formação de ligações químicas na interface entre o grafeno cultivado diretamente e a safira por microscopia eletrônica de transmissão corrigida por aberrações e encontraram a forte interação entre grafeno e safira, que inevitavelmente subverterá a percepção tradicional de relaxamento de tensão via interação vdW fraca entre grafeno e substrato . Portanto, o mecanismo de epitaxia QvdW de filmes de AlN sobre grafeno merece mais exploração, o que é essencial para manipular com precisão a qualidade dos filmes de AlN e elevar ainda mais o desempenho de dispositivos optoeletrônicos DUV.

Em um novo artigo publicado em Light Science &Application , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Tongbo Wei do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento para Tecnologia de Iluminação de Semicondutores, Instituto de Semicondutores, Academia Chinesa de Ciências, Pequim, China, e colegas de trabalho alcançaram com sucesso um filme AlN de alta qualidade e livre de tensão através da engenharia de pré-armazenamento de tensão de condução Gr e apresentou o mecanismo único de relaxamento de tensão na epitaxia QvdW. Enquanto isso, o filme AlN livre de tensão cultivado em grafeno/safira pode ser usado como uma camada de modelo confiável para epitaxia de alta qualidade de dispositivos DUV-LED.

Eles resumem os destaques de seu estudo da seguinte forma:

"A densidade de deslocamento da epicamada de AlN com grafeno exibe uma evolução anômala semelhante a dente de serra durante o processo de epitaxia QvdW e os valores são consistentemente menores do que na safira nua. Finalmente, o grafeno permite que o filme de AlN realize uma diminuição de 62,6% na densidade de deslocamento .

"O cálculo de primeiros princípios é introduzido para elucidar o mecanismo do grafeno regulando o estado de tensão do filme AlN. É revelado que o grafeno tratado com plasma controla a morfologia inicial de nucleação do AlN para pré-armazenar tensão de tração suficiente na epicamada para compensar para a deformação compressiva causada por treliça e descasamento térmico durante a heteroepitaxia, trazendo assim um filme de AlN livre de deformação.

"O mapeamento de espaço recíproco do DUV-LED conforme fabricado revela uma tensão de compressão fraca na camada de n-AlGaN de 1,8 μm, indicando que o filme de AlN livre de tensão como uma camada de modelo confiável permite o estado cristalino de alta qualidade da parte superior Estrutura epitaxial do diodo emissor de luz.

"O LED DUV de 283 nm fabricado com grafeno exibe uma potência de saída de luz 2,1 vezes maior em comparação com sua contraparte em safira simples e estabilidade favorável do comprimento de onda luminoso sob uma faixa de corrente de 10 mA a 80 mA, o que é atribuído à melhor qualidade do cristal com uma deformação residual fraca da estrutura epitaxial baseada em grafeno.

"Este trabalho revela o mecanismo interno do crescimento QvdW de nitreto para melhorar a qualidade epitaxial em substratos grandes e incompatíveis e, sem dúvida, lança luz sobre a promoção da fabricação de dispositivos baseados em nitreto". + Explorar mais

Os cristais de grafeno crescem melhor sob cobertura de cobre