Nano Letters：远程外延的 GaN 衬底上石墨烯优异的热化学稳定性

由于具有出色的物理性能，对由氮化镓(GaN)外延层制备的高效发光光电和高功率电子器件的需求不断增加，用于下一代显示、通信和晶体管应用GaN的性能，如饱和速度(2×10⁷ cm s^-1)、临界电场强度(3.3×10⁶ V cm⁻¹)和外量子效率(84.3%)。

近日，麻省理工学院Jeehwan Kim，世宗大学Suklyun Hong，Young Joon Hong，德克萨斯大学达拉斯分校Moon J. Kim研究了基于金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 的远程外延的 GaN 衬底上石墨烯的热化学稳定性。

文章要点

1）尽管GaN具有优异的物理特性，使其成为高性能电子和发光器件应用的引人注目的选择，但GaN衬底上石墨烯在高温下热化学分解的挑战阻碍了通过MOCVD实现远程同质外延。

2）研究研究揭示了 N 极 GaN 上石墨烯的意外稳定性，从而实现了基于 MOCVD 的 N 极 GaN 远程同质外延。研究人员对 N 极性和 Ga 极性 GaN 衬底的比较分析揭示了明显不同的结果：石墨烯/N 极性 GaN 衬底产生可释放的微晶 (μC)，而石墨烯/Ga 极性 GaN 衬底产生不可释放的薄膜。

3）研究人员将这种差异归因于 GaN 基板上石墨烯的极性依赖性热化学稳定性及其随后与氢的反应。从拉曼光谱、电子显微镜分析和覆盖层分层中获得的证据表明，在基于 MOCVD 的远程同质外延过程中，N 极 GaN 上的石墨烯具有显着的热化学稳定性。

4）实验数据证实的分子动力学模拟进一步证实，由于高温下与氢发生不同的反应，石墨烯的热化学稳定性依赖于 GaN 的极性。基于 μC 的 N 极远程同质外延，研究结果在由具有 InGaN 异质结构的 p−n 结 μC 组成的柔性发光二极管的制造中得到了实际应用。

参考文献：

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