高均匀性 $MoS_{2}$ 与体块 GaN 异质结的原子级界面结构及垂直电流注入

二维 $MoS_{2}$ 与 $GaN$ 的集成近来因面向未来电子/光电子应用而引起了极大兴趣。然而，已报道的研究主要使用蓝宝石衬底上的异质外延 $GaN$ 模板进行，而在低 dislocation 密度的体块 GaN 上生长 $MoS_{2}$ 对于实现真正的垂直器件具有战略意义。在本文中，我们报道了通过预沉积 $MoO_{x}$ 薄膜的硫化，在 $n^{+}$ 体块衬底上的同质外延 $n-GaN$ 上生长主要由单层（$1L$）组成的超薄 $MoS_{2}$ 薄膜。原子力显微镜证明了 $GaN$ 表面的高度均匀和保形覆盖，而拉曼 mapping 评估出 $1L-MoS_{2}$ 的极低拉伸应变（0.05%）和显著的 $p^{+}$ 型掺杂（$4.5 \times 10^{12} cm^{-2}$）。像差校正电子显微镜的原子级结构与成分分析揭示了 $MoS_{2}$ 与 $Ga$ 终止的 $GaN$ 晶体之间近乎理想的范德华界面，其中仅最表层 $Ga$ 原子受到氧化影响。此外，诸如范德华间隙等 $MoS_{2}/GaN$ 异质结的相关晶格参数被高精度测量。最后，通过导电原子力显微镜进行的纳米级电流-电压分析研究了该 2D/3D 异质结上的垂直电流注入，显示出整流行为，在正向偏压下平均开启电压 $V_{on}=1.7 V$，与 $p^{+}$ 掺杂 $1L-MoS_{2}$ 和 $n-GaN$ 之间界面处预期的能带对齐一致。