由于具有出色的物理性能，對由氮化鎵(GaN)外延層制備的高效發光光電和高功率電子器件的需求不斷增加，用于下一代顯示、通信和晶體管應用GaN的性能，如飽和速度(2×107 cm s-1)、臨界電場強度(3.3×106 V cm?1)和外量子效率(84.3%)。
近日，麻省理工學院Jeehwan Kim，世宗大學Suklyun Hong，Young Joon Hong，德克薩斯大學達拉斯分校Moon J. Kim研究了基于金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD) 的遠程外延的 GaN 襯底上石墨烯的熱化學穩定性。
文章要點
1）盡管GaN具有優異的物理特性，使其成為高性能電子和發光器件應用的引人注目的選擇，但GaN襯底上石墨烯在高溫下熱化學分解的挑戰阻礙了通過MOCVD實現遠程同質外延。
2）研究研究揭示了 N 極 GaN 上石墨烯的意外穩定性，從而實現了基于 MOCVD 的 N 極 GaN 遠程同質外延。研究人員對 N 極性和 Ga 極性 GaN 襯底的比較分析揭示了明顯不同的結果：石墨烯/N 極性 GaN 襯底產生可釋放的微晶 (μC)，而石墨烯/Ga 極性 GaN 襯底產生不可釋放的薄膜。
3）研究人員將這種差異歸因于 GaN 基板上石墨烯的極性依賴性熱化學穩定性及其隨后與氫的反應。從拉曼光譜、電子顯微鏡分析和覆蓋層分層中獲得的證據表明，在基于 MOCVD 的遠程同質外延過程中，N 極 GaN 上的石墨烯具有顯著的熱化學穩定性。
4）實驗數據證實的分子動力學模擬進一步證實，由于高溫下與氫發生不同的反應，石墨烯的熱化學穩定性依賴于 GaN 的極性?；?μC 的 N 極遠程同質外延，研究結果在由具有 InGaN 異質結構的 p?n 結 μC 組成的柔性發光二極管的制造中得到了實際應用。
參考文獻
Joonghoon Choi, et al, Exceptional Thermochemical Stability of Graphene on N?Polar GaN for Remote Epitaxy, ACS Nano,
DOI: 10.1021/acsnano.3c06828
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06828
