SiC与石墨烯覆盖层一起用于GaN膜的生长

氮化镓（GaN）为从RF-IC到众多功率控制IC（例如通信，能源和军事应用中使用的大功率HEMT）等各种模拟微芯片提供了显着的性能优势。GaN还是高能效固态照明中使用的高亮度LED的首选材料。

但是，最优质的单晶GaN是通过几种需要昂贵的一次性碳化硅（SiC）衬底的外延工艺生长而成的，这限制了其在包括消费电子产品在内的更广泛市场中的商业化。IBM TJ Watson研究中心科学家最近的一项发现可能会在称为直接范德华外延的单晶GaN薄膜生长过程中改变所有这些情况。

引人注目的研究发现基于图1所示的工艺流程，将可回收的SiC衬底与石墨烯覆盖层一起用于GaN膜的生长。随后将这些GaN膜小心地提起，而不会影响其粗糙度或结晶度，并转移硅基器件结构，可以对LED或IC进行进一步处理。镍沉积在GaN层的顶部，并采用热剥离带技术将GaN层转移到Si衬底叠层。如图2所示，回收的SiC基板用于制造功能正常的蓝色LED。

许多公司和研究小组都尝试在不使用过渡层的情况下直接在硅上生长GaN，以减少硅上的晶格失配和缺陷密度，但效果有限。即使GaN和石墨烯之间的晶格匹配约为23％，IBM小组仍产生了非常高质量的外延膜，该膜的结构稳定到足以将层转移到低成本的常规硅衬底材料叠层上。此外，拉曼光谱法表明在转移过程之后，GaN的背面没有残留石墨烯，电子显微镜支持该数据。

GaN凭借其优越的电子性能，有潜力在所有模拟IC器件中替代GaAs，但相对较高的成本使其无法使用。许多模拟IC公司已经生产了很小一部分基于GaN的RF-IC，主要用于军事电子领域，而GaAs已被价格敏感的移动设备（例如智能手机）所青睐。

这些公司中的大多数都从Cree购买SiC衬底，后者制造相同的芯片。因此，诸如TriQuint Semiconductor和Texas Instruments之类的公司正在寻求减少对供应链依赖Cree的利益冲突，而Cree也是顶级LED生产商。如果这项研究在未来五年中完全实现商业化，那么在石墨烯上使用GaN的可重复使用SiC衬底可能是答案。

在过去的十年中，IBM在石墨烯研究上投入了数百万美元，被认为是该领域的领导者。毫不奇怪，它的一个研究小组做出了这一发现，该发现最近于9月11日在Jeehwan Kim等人的《自然通讯》上发表。（第5卷，第4,836页）。由于石墨烯比Si优越的电子性能，IBM还对开发石墨烯基板以完全替代Si感兴趣。此外，该公司计划在未来五年内在这项技术上投资30亿美元，这可能会带来更多突破，从而推动先进电子设备中石墨烯和GaN商业化的前景。

编辑：hfy