半导体所和北大提出新策略 石墨烯作为生长缓冲层打造高亮LED

最近，中国科学院半导体研究所半导体照明研发中心与北京大学 纳米化学研究中心刘忠范院士课题组合作，在石墨烯上外延氮化物取得了系列进展，提出直接利用石墨烯作为生长缓冲层来实现高亮 LED 的新策略。北大利用 CVD 方法，在蓝宝石上直接生长大面积石墨烯，避免了石墨烯转移过程中的污染、破损问题。半导体所在石墨烯 / 蓝宝石上生长的 GaN 薄膜具有低应力（ 0.16 GPa ）和位错密度（ ~10 8 ×cm 2 ），得到的蓝光 LED 光输出功率较传统工艺提升 19.1% 。同时石墨烯缓冲层省略了低温缓冲层生长工艺，节省 MOCVD 生长时间，有望进一步降低成本。相关研究成果发表于 Advanced Materials （ Adv. Mater. 2018,30,1801608 ）。

同时研究团队也详细研究了石墨烯上氮化物生长机理，发现石墨烯可以改变成核密度，大幅度提高 AlN 成核岛的生长速度，从而降低融合边界的位错密度。 DFT 计算和实验结果也验证了石墨烯可以显著 改善外延层中的应力，为后续柔性 LED 器件实现奠定了基础。相关研究成果在线发表于 Journal of the American Chemical Society （ JACS ， doi/10.1021/jacs.8b03871 ）。

图 1 （ a ）石墨烯插入层对 AlN 成核的影响；（ b ）石墨烯 / 蓝宝石及裸露蓝宝石区域 AlN 成核密度统计；（ c ， d ） AlN/ 石墨烯 / 蓝宝石及 AlN/ 蓝宝石平面样的选区电子衍射；（ e ） AlN/ 石墨烯 / 蓝宝石及 AlN/ 蓝宝石中 AlN 的 E 2 (high) 峰的拉曼表征；（ f ） AlN/ 石墨烯 / 蓝宝石中石墨烯的 G 峰及 2D 峰的拉曼表征；（ g ， h ） AlN/ 石墨烯 / 蓝宝石及 AlN/ 蓝宝石中 AlN 的 E 2 (high) 峰的拉曼 Mapping

北大博士生陈召龙和亓月分别作为两篇论文第一作者，半导体所博士生张翔和王蕴玉分别作为共同第一作者，刘忠范院士、李晋闽研究员、魏同波研究员和高鹏研究员作为两篇论文共同通讯作者。 上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然基金和青年千人项目的支持。