西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院郝躍院士團(tuán)隊(duì)揭示了可剝離襯底上氮化物的成核機(jī)制，創(chuàng)新性開發(fā)出柔性高亮度紫光發(fā)光二極管，相關(guān)研究成果在國際權(quán)威期刊《Advanced Optical Materials》上發(fā)表。
GaN基半導(dǎo)體LED照明具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一場照明革命。隨著可穿戴技術(shù)的發(fā)展，未來柔性半導(dǎo)體技術(shù)將逐步成為主流，柔性GaN 的制備成為當(dāng)今國際高度關(guān)注的研究熱點(diǎn)。
由于大尺寸的氮化物襯底成本高昂，氮化物薄膜通常是基于藍(lán)寶石、硅等異質(zhì)材料襯底進(jìn)行外延生長。而晶體襯底與氮化物之間存在嚴(yán)重的晶格失配，使得外延GaN 薄膜內(nèi)具有很大的應(yīng)力，并產(chǎn)生眾多的穿透位錯(cuò)，從而導(dǎo)致LED器件發(fā)光效率降低。因此，低應(yīng)力、高質(zhì)量的GaN薄膜的制備對于LED性能的提升顯得尤為重要。
目前，激光剝離技術(shù)是制備柔性GaN的主要方法，但是激光能量密度分布不均勻使得氮化鎵薄膜突起破裂，很難得到大面積連續(xù)無損的氮化鎵薄膜，使得GaN的柔性器件發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。
該團(tuán)隊(duì)研究并發(fā)現(xiàn)了氮化物在石墨烯上的選擇性成核機(jī)理，找到了AlN的最佳成核位點(diǎn)，成功制備出高質(zhì)量、無應(yīng)力的GaN外延層。并通過優(yōu)化剝離工藝，實(shí)現(xiàn)了GaN外延層的低損傷、大面積剝離轉(zhuǎn)移。基于該柔性GaN材料制備的紫光發(fā)光二極管在小電流下實(shí)現(xiàn)了超高光輸出功率。研究成果證明了剝離轉(zhuǎn)移可以實(shí)現(xiàn)GaN基柔性照明以及LED在未來實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量垂直結(jié)構(gòu)的可能性。
研究成果發(fā)表于：Yanqing Jia, Jincheng Zhang,* Jing Ning, Dong Wang, Yue Hao et al., Advanced Optical Materials, 2019, DOI:10.1002/adom.201901632. 《Advanced Optical Materials》是光學(xué)領(lǐng)域的國際頂級期刊，屬于SCI一區(qū)TOP期刊。
