在六方氮化硼衬底上，通过准范德瓦尔斯外延技术实现III族氮化物的自我剥落

《ACS Applied Electronic Materials》：Self-Exfoliation in Quasi-van der Waals Epitaxy of III-Nitrides on Hexagonal Boron Nitride

本研究通过金属有机化学气相沉积在六方氮化硼模板上生长氮化镓薄膜，发现h-BN结构完整性是自剥离现象的关键控制因素。优化AlGaN缓冲层工艺（910℃/15min）有效维持h-BN完整性，使自剥离仅发生在原生长的h-BN上，而转移h-BN会在生长过程中被破坏。热膨胀差异产生的压缩应力（>0.05 GPa）超过h-BN层间结合力是自剥离的主因。剥离后的GaN薄膜残余应力极低，可成功转移到任意基底，为柔性电子、微LED显示和异质集成提供新方案。

　　

范德华（vdW）外延技术为生长III族氮化物半导体提供了一条无需传统基底限制的新途径。其独特之处在于具有自剥离能力——即生长层能够自动从基底上分离，这有望通过消除复杂的去除工艺来彻底改变器件制造方式。然而，控制这一现象的潜在机制仍不明确，从而阻碍了该技术的可靠应用。本研究探讨了在六方氮化硼（h-BN）模板上通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）法生长的氮化镓（GaN）薄膜的自剥离现象，并发现h-BN的结构完整性决定了剥离行为。研究人员开发了一种优化的铝镓氮化物（AlGaN）缓冲层策略（910°C，15分钟），该策略能够在后续生长过程中保护h-BN的完整性。对比在原生长h-BN基底和转移h-BN基底上生长的GaN薄膜，发现了一个关键差异：自剥离仅发生在原生长的h-BN上，而转移的h-BN在生长过程中会被破坏，导致无法分离。其背后的驱动力是热膨胀差异，这种差异在冷却过程中产生压缩应力，超过了h-BN层间的弱结合力。自剥离后的薄膜表现出优异的应变松弛性能（残余应力<0.05 GPa），并且可以成功转移到任意基底上，为柔性电子器件、微LED显示器和异质集成应用提供了可能。