西班牙Graphenea公司2014年7月25日宣布，與日本立命館大學(xué)等共同實(shí)現(xiàn)了GaN結(jié)晶在硅(100)面上的生長(zhǎng)。其要點(diǎn)在于用石墨烯作為中間層。;該技術(shù)的開(kāi)發(fā)方為日本立命館大學(xué)理工學(xué)部電子光信息工學(xué)科荒木努和名西Yasushi的研究室、美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)、韓國(guó)首爾大學(xué)(Seoul National University)、韓國(guó)東國(guó)大學(xué)(Dongguk University)及西班牙Graphenea公司。

在硅(100)面上直接生長(zhǎng)缺陷少的GaN結(jié)晶時(shí)非常困難，幾乎沒(méi)有成功先例。以前在GaN-on-Si技術(shù)方面取得實(shí)用化進(jìn)展的，主要是在硅(111)面上生長(zhǎng)GaN結(jié)晶的技術(shù)。GaN-on-Si技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)是能夠沿用已有的硅半導(dǎo)體制造裝置，但大部分的半導(dǎo)體制造裝置均以硅(100)面為對(duì)象，從硅(111)面上的GaN-on-Si技術(shù)來(lái)看，其沿用范圍有限。

在此情況下，出現(xiàn)了在Si(100)面上形成中間層后，成功實(shí)現(xiàn)GaN結(jié)晶生長(zhǎng)的案例。名古屋大學(xué)就是其中之一，該大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科教授天野浩的研究室通過(guò)在硅(100)面上形成“某種金屬層”，然后再在該金屬層上成功實(shí)現(xiàn)了GaN結(jié)晶的生長(zhǎng)。

此次Graphenea公司等在硅(100)面上首先形成石墨烯，然后在石墨烯上實(shí)現(xiàn)(0001)面的GaN結(jié)晶生長(zhǎng)。詳細(xì)步驟如下。

首先以普通的化學(xué)氣相沉積法(CVD)在銅(Cu)箔上形成石墨烯。接著轉(zhuǎn)印到硅基板上。這時(shí)，通過(guò)蝕刻去除Cu箔。

然后，在該硅基板上的石墨烯上，以RF-MBE(Radio-Frequency Molecular Beam Epitaxy,射頻等離子體輔助分子束外延)法使GaN結(jié)晶生長(zhǎng)。據(jù)Graphenea公司介紹，該RF-MBE法是立命館大學(xué)提供的技術(shù)，對(duì)具備高結(jié)晶性的GaN結(jié)晶生長(zhǎng)起到了重要作用。

利用掃描型電子顯示鏡(SEM)及高分辨率X線衍射技術(shù)檢測(cè)生長(zhǎng)出的GaN時(shí)，顯示GaN結(jié)晶具備6角形對(duì)稱稱，是沿c軸方向生長(zhǎng)的。另外，粒徑要比無(wú)石墨烯時(shí)大。與藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)的GaN結(jié)晶相比，盡管還存在配向均一性問(wèn)題，但從硅(100)面上生長(zhǎng)的GaN結(jié)晶來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了最高品質(zhì)。