氮化镓（GaN）和金刚石的直接集成在大功率器件中具有广阔的应用前景。然而，由于GaN和金刚石之间存在较大的晶格和热膨胀系数失配，在金刚石上生长GaN一直是一个巨大的挑战。

近日，日本大阪市立大学Jianbo Liang报道了采用表面活化键合（SAB）方法在室温下成功地制备了GaN/金刚石异质界面。采用透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线能谱（EDS）系统地研究了异质界面的纳米结构和原子行为。利用电子能量损失谱（EELS）研究了异质界面碳原子的化学键态。

文章要点

1）GaN/金刚石异质界面存在较小的压应力，明显小于由晶体生长形成过渡层的GaN-金刚石结构的压应力。

2）在粘结的异质界面上形成了一层5.3 nm厚的中间层，由非晶碳和金刚石组成。在键合过程中，Ga和N原子以扩散的方式分布在中间层中。随着退火温度的升高，中间层的厚度和sp²键合碳的比例均减小，表明退火后非晶态碳直接转化为金刚石。

3）中间层的金刚石起到了种子晶体的作用。在1000 °C退火后，中间层厚度减小到约1.5 nm，并观察到金刚石(220)面的晶格条纹。

参考文献

Fabrication of GaN/Diamond Heterointerface and Interfacial Chemical Bonding State for Highly Efficient Device Design, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202104564

https://doi.org/10.1002/adma.202104564