SCMs|氮掺杂单层石墨烯上无中间层沉积高质量氮化镓

在石墨烯/氧化铝衬底上通过金属有机化学气相沉积法（MOCVD）范德华外延生长的氮化镓（GaN）可以减少由于氮化镓与衬底严重晶格失配产生的缺陷。然而，石墨烯表面缺少悬挂键导致氮化镓成核位点很少，因此，常利用薄层AlN或ZnO纳米壁作为中间层沉积于石墨烯上。

近日，西安电子科技大学王东教授和宁静教授等人在Science China Materials发表研究论文，在无缓冲层的氮掺杂石墨烯上，利用MOCVD法成功地直接获得低应力（0.023 Gpa）和低螺位错密度（9.76 × 107 cm^-2）的高质量氮化镓晶体。

本文要点：

1) 第一性原理计算结果表明，与本征石墨烯相比，氮掺杂石墨烯表面对镓原子的吸附能力明显提高，这与氮化镓低温生长成核实验观察到的结果一致。

2) 在大多数情况下，氮化镓在经过氮原子预处理的单层石墨烯上倾向于形成C-Ga-N和N-Ga-N的成核位点。

3) 证明了通过界面调控可在氮掺杂石墨烯上生长高质量的氮化镓薄膜，是一种有效的原子调控方法。

本方法为新型半导体器件的工业发展提供了新思路。

文章信息

Chen D., Ning J., Wang D., et al. High-quality GaN grown on nitrogen-doped monolayer graphene without an intermediate layer. Sci. China Mater. (2023).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2320-8