多晶金刚石衬底范德瓦耳斯外延GaN薄膜

随着氮化镓(GaN)在高功率领域的广泛应用,GaN基器件的散热性能成为了制约其功率密度的主要因素,因此开辟新的热管理方案至关重要.具有高热导率的金刚石衬底可以用于改善GaN器件的散热问题.然而,由于金刚石和GaN之间的天然晶格失配,在金刚石衬底上GaN的直接外延仍然是一个难以克服的问题.本工作以二维材料/Al组分渐变的AlGaN异质结作为衬底与外延层之间的成核层,在多晶金刚石衬底上实现了单晶GaN薄膜的范德瓦耳斯外延.其中,二维材料可以有效屏蔽掉衬底与外延层晶格不匹配带来的不良影响,而Al组分渐变的AlGaN缓冲层结构可实现Ga原子和N原子的有序迁移,进而精确地控制GaN薄膜的生长.本工作为异质衬底上高质量生长氮化物提供新思路.实验结果表明,成核层的引入有效地消除晶格失配的影响,从而打破了金刚石衬底上难以直接外延单晶GaN薄膜的瓶颈.本工作为GaN基器件的功率密度的进一步提升提供了基础.