本文研究了在石墨烯上生長GaN薄膜時晶體取向的變化。采用AlN成核層輔助生長,GaN由取向相差較大的小晶粒,逐漸合并為與石墨烯取向一致的晶粒,最終形成了約4.6μm厚的GaN薄膜。通過EBSD和XRD證實了GaN晶體取向一致性的提高,拉曼光譜也表明GaN晶體的高質(zhì)量。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(05)北大核心

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【部分圖文】：

GaN薄膜及石墨烯的拉曼圖譜(縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度)

圖1 GaN薄膜及石墨烯的拉曼圖譜(縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度)為了了解生長后GaN薄膜底面與表面的形貌以及GaN薄膜的厚度,采用截面SEM來觀察。由于石墨烯層間微弱的范德瓦爾斯力,GaN薄膜可以被剝離下來[12],如圖2所示。圖2為底面向上的截面形貌照片,從中可以看到些許晶粒未完全合并產(chǎn)生的位錯坑,但是表面與底面都比較平整,擁有良好的GaN薄膜形態(tài)。并且從圖2中可以看到GaN薄膜的厚度大約為4.6 μm。綜上所述,GaN在形貌上呈平整且均勻的薄膜結(jié)構(gòu),沒有出現(xiàn)因晶體質(zhì)量差而產(chǎn)生的粗糙形貌。而拉曼光譜顯示GaN的特征峰非常標(biāo)準(zhǔn)且半高寬很窄約為3.68 cm-1,由相關(guān)文獻(xiàn)報道可知[13],GaN的晶體質(zhì)量較好。

為了說明整個生長過程,繪制了如圖6所示的示意圖。通過之前的分析,可以觀察到這樣一種現(xiàn)象,即在石墨烯上生長GaN時最初的GaN晶體取向并不一致,這可能是由于成核點取向不一致造成的,如圖6(a)所示。標(biāo)有斜黑虛線的為晶體取向與石墨烯取向不一致的晶粒,白色的則為取向與石墨烯一致的晶粒。隨著晶體的生長,與石墨烯取向一致的GaN晶粒生長較快逐漸合并了其他晶體的晶粒使得最終生長的GaN呈現(xiàn)較為一致的晶體取向,如圖6(b)所示。結(jié)合Ma等[15]對于晶體生長動力學(xué)的研究,可知晶體例如石墨烯生長時,其邊緣和形態(tài)不是由成核決定的,而是在CVD生長過程中受到動力學(xué)控制的。因此本文認(rèn)為得益于石墨烯襯底的六方對稱性,而GaN在石墨烯表面的生長速度沿各個方向不完全一致,與石墨烯晶體取向一致的GaN生長較快并與其他GaN晶粒合并,使最終的晶體學(xué)取向接近理想的生長方向。這使得GaN晶體呈現(xiàn)取向上的一致性并最終形成了呈六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN薄膜。3 結(jié) 論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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