III族氮化物半导体外延层薄膜

在现代光电子学和电子学中，III族氮化物宽禁带半导体III-nitride wide bandgap semiconductors是很有前景的新材料。鉴于在大晶格失配的异质衬底上，生长异质外延薄膜的质量不断提高，这种半导体材料的应用，有望取得了更大进展。但与块体单晶相比，材料质量仍有很大的提升空间。

Group-III nitride heteroepitaxial films approaching bulk-class quality. III族氮化物异质外延膜，接近块体级质量近日，北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、宽禁带半导体研究中心Jiaming Wang, 解楠Nan Xie, 许福军Fujun Xu，沈波Bo Shen等，以“Group-III nitride heteroepitaxial films approaching bulk-class quality”为题，在《Nature Materials》上发文，通过可控离散化和微柱凝聚coalescence of columns，实现了高质量的III族氮化物异质外延膜。 基于具有规则六边形孔的纳米图案化氮化铝AlN/蓝宝石模板，蓝宝石氮化预处理和解理面的有序横向生长，保证了离散的氮化铝AlN柱，以均匀的面外和面内取向结合，有效地抑制了凝聚过程中穿透位错threading dislocations的再生。氮化铝AlN异质外延膜中，位错蚀坑密度达到3.3×10E4cm-2，接近目前已有的氮化铝AlN体单晶。该项研究，促进了具有低成本和可扩展性的体块级质量III族氮化物薄膜生长。  

图1:在纳米图案化氮化铝蓝宝石模板nano-patterned AlN/sapphire templates，NPATs上生长氮化铝AlN的示意图。

图2:在纳米图案化氮化铝蓝宝石模板NPATs和纳米图案化蓝宝石模板nano-patterned sapphire substrates，NPSSs上，氮化铝AlN聚结期间的取向控制。

图3:在纳米图案化氮化铝蓝宝石模板NPATs上，氮化铝AlN的结晶质量。

图4:在纳米图案化氮化铝蓝宝石模板NPATs上，制造深紫外光电二级管deep-ultraviolet light-emitting diodes，DUV-LED的性能。

文献链接： https://www.nature.com/articles/s41563-023-01573-6