相比于氮化镓体材料，二维氮化镓因其两字限制效应具有深紫外区间的带隙、优秀的机械应变能力和独特的电子传输性质，在深紫外光电子器件和柔性器件领域具有广阔的应用前景。然而由于纤锌矿的体结构，二维氮化镓难以通过机械剥离法直接获得。目前制备大面积的具有超宽带隙的二维氮化镓依然是一个大的挑战。

近日，陈珊珊教授团队采用等离子体增强化学气相沉积系统（PECVD）合成了大面积超薄、宽带隙的二维氮化镓。相比于传统使用的氨气，该工作采用对环境友好的氮气作为氮源，对预先沉积在硅片上的氧化镓模板进行了氮化（图1），通过平衡同时发生的氮等离子体的氮化和刻蚀，实现了双层氮化镓的可控制备。实验发现，沉积在硅片表面最下层氧化镓模板由于与硅片（氧等离子体预处理）之间的强相互作用，具有较强的抗等离子体刻蚀的能力，进而氮化形成超薄氮化镓。由于氮等离子的刻蚀作用，该方法所获得的超薄氮化镓厚度稳定，不受初始氧化镓模板厚度的影响。紫外可见吸收光谱的测量发现所制备的二维氮化镓具有4.9 eV的超宽带隙（图3），与理论预测的结果相吻合。该实验工作实现了大面积、宽带隙、超薄二维氮化镓的可控合成，有望进一步应用于深紫外光电子领域，也为二维III族氮化物的制备提供新思路和新途径，并有望扩展到其它二维材料的模板法合成。

图1 模板法合成二维氮化镓原理示意图。

图2 紫外-可见吸收光谱测量二维氮化镓带隙。

该研究成果于1月18日以“Subnanometer-thick 2D GaN film with a large bandgap synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition”为题在线发表在Journal of Materials Chemistry A（IF=12.732）上，并入选2022 JMCA HOT Papers。论文的共同第一作者为物理系博士生张戈辉和硕士生陈鹭琛，通讯作者为永利官网的陈珊珊教授和北京工业大学的张旭副教授。相关工作得到了国家自然科学基金，北京市自然科学基金和永利官网人才培育类基金的资助。

论文信息：https://doi.org/10.1039/D1TA10450K