全組分可調(diào)III族氮化物半導(dǎo)體光電功能材料及其器件應(yīng)用

1、項(xiàng)目名稱：全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體光電功能材料及其器件應(yīng)用首席科學(xué)家：起止年限：2012.1-2016.8依托部門：教育部 中國科學(xué)院一、關(guān)鍵科學(xué)問題及研究?jī)?nèi)容關(guān)鍵科學(xué)問題及其科學(xué)內(nèi)涵：根據(jù)本項(xiàng)目涉及的高al組分algan，高in組分ingan，及gan、aln同質(zhì)外延襯底材料等iii族氮化物半導(dǎo)體材料及其低維量子結(jié)構(gòu)的共性特點(diǎn)，擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題凝練、歸納為：1、非平衡條件下全組分可調(diào)氮化物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與缺陷控制 由于inn、gan、aln晶格常數(shù)的較大差異，三者化學(xué)性質(zhì)的明顯差異導(dǎo)致高al組分algan、高in組分ingan材料的制備均為非平衡條件下的外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)窗口狹

2、小，難以生長(zhǎng)出大面積、高質(zhì)量的外延薄膜。而迄今制備gan和aln自支撐厚膜襯底材料的主流方法-hvpe法是典型的非平衡態(tài)生長(zhǎng)。非平衡條件下全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體及其低維量子結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)存在一系列尚未認(rèn)知的新穎和復(fù)雜特性，其缺陷控制規(guī)律也有待深入研究和掌握。2、全組分可調(diào)氮化物半導(dǎo)體中的應(yīng)力控制和極化調(diào)控algan基、ingan基半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)材料均為大失配應(yīng)變體系，同時(shí)亦為具有很大自發(fā)極化和壓電極化系數(shù)的強(qiáng)極化體系，其制備過程中應(yīng)力的控制不僅決定外延材料的質(zhì)量和缺陷密度，而且直接調(diào)控材料中的極化感應(yīng)電場(chǎng)和能帶彎曲，從而影響材料和器件的宏觀光電性能。另一方面，極化行為不僅可以調(diào)控alg

3、an基、ingan基低維結(jié)構(gòu)材料的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，而且極化方向及其強(qiáng)弱亦會(huì)對(duì)材料的外延生長(zhǎng)，特別是生長(zhǎng)過程中的原子遷移和鍵合產(chǎn)生重要影響。而在gan和aln自支撐厚膜襯底的生長(zhǎng)過程中，應(yīng)力、包括熱應(yīng)力的控制和釋放規(guī)律是其最核心的問題，是決定材料生長(zhǎng)成敗和材料質(zhì)量的最主要因素。3、高al、高in組分氮化物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)行為調(diào)控和p型摻雜 半導(dǎo)體材料的p型摻雜是實(shí)現(xiàn)其器件功能的基本環(huán)節(jié)。在algan外延材料中，由于p型摻雜原子離化能隨al組分不斷提高，導(dǎo)致高al組分algan材料p型雜質(zhì)的困難。而在高in組分ingan和inn外延材料中，存在高達(dá)1018 cm-3以上的背景電子濃度，在其近表面區(qū)域

4、還始終存在高電子濃度的表面電荷層，從而嚴(yán)重影響其p型摻雜和檢測(cè)。另外，algan和ingan材料中的p型雜質(zhì)還與其他雜質(zhì)原子和缺陷存在復(fù)雜的相互作用，極化電場(chǎng)也對(duì)p型摻雜存在明顯的作用。因此，研究降低背景雜質(zhì)的補(bǔ)償行為和實(shí)際離化能、探索新的可控p型摻雜方法，是實(shí)現(xiàn)algan基和ingan基材料器件應(yīng)用的關(guān)鍵問題。4、高導(dǎo)帶階躍、強(qiáng)極化半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)中電子、光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和性能調(diào)控作為典型的高導(dǎo)帶階躍、強(qiáng)極化半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)體系，algan基和ingan基低維結(jié)構(gòu)中電子、光子的運(yùn)動(dòng)及其調(diào)控有其特殊的規(guī)律，如高al組分algan存在價(jià)帶分裂的反轉(zhuǎn)，對(duì)光子沿材料c軸方向的出光產(chǎn)生致命的影響。強(qiáng)極化電場(chǎng)

5、對(duì)電子的復(fù)合、輸運(yùn)、自旋等性質(zhì)有重要影響。對(duì)algan基和ingan基低維量子結(jié)構(gòu)材料中電子、光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和有效調(diào)控，特別是對(duì)電子、光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律與特定材料結(jié)構(gòu)內(nèi)在關(guān)聯(lián)的認(rèn)識(shí)，不僅對(duì)豐富和發(fā)展寬禁帶半導(dǎo)體物理學(xué)具有重要意義，而且是實(shí)現(xiàn)其器件應(yīng)用的科學(xué)基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容：依據(jù)有限目標(biāo)，突出重點(diǎn)的原則，本項(xiàng)目圍繞上述關(guān)鍵科學(xué)問題，選擇下列4個(gè)方面作為主要研究?jī)?nèi)容：1、 algan基紫外(uv)發(fā)光、探測(cè)材料及其器件應(yīng)用研究非平衡條件下algan基薄膜及其低維量子結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，探索mocvd外延生長(zhǎng)過程中增強(qiáng)iii族原子表面遷移的生長(zhǎng)模式和控制規(guī)律；采用mg和si雜質(zhì)構(gòu)造不同內(nèi)建電場(chǎng)的摻

6、雜量子阱結(jié)構(gòu)，運(yùn)用極化效應(yīng)調(diào)制algan基超晶格結(jié)構(gòu)中的p型摻雜；設(shè)計(jì)和制備具有極化和能帶調(diào)控功能的新型algan基量子結(jié)構(gòu)，調(diào)整光學(xué)各向異性；實(shí)現(xiàn)具有一定實(shí)用性能的algan基uv發(fā)光器件和超高速、高靈敏的algan基日盲雪崩uv探測(cè)器件；設(shè)計(jì)和制備基于isbt原理的algan基多量子阱結(jié)構(gòu)，探索algan基紫外、紅外雙色探測(cè)單片集成實(shí)現(xiàn)途徑。2、全組分可調(diào)ingan基全光譜光伏材料及其器件應(yīng)用研究高in組分ingan大失配異質(zhì)外延的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，探索抑制其相分離的有效途徑；利用inn超薄層調(diào)控技術(shù)，探索基于inn/gan短周期超晶格結(jié)構(gòu)的ingan數(shù)字合金(digital alloys)

7、的外延生長(zhǎng)規(guī)律；研究載流子與雜質(zhì)缺陷的相互作用及其調(diào)控，尋找降低ingan和inn外延薄膜中背景電子濃度的有效方法，實(shí)現(xiàn)其p型摻雜；研究光生載流子復(fù)合和輸運(yùn)機(jī)制，探尋ingan單層和疊層結(jié)構(gòu)光電轉(zhuǎn)換過程中的能量損失機(jī)理與改善途徑，獲得提升ingan基光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。3、gan和aln厚膜生長(zhǎng)中的應(yīng)力控制及其自支撐襯底材料的制備研究gan和aln厚膜的hvpe生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，探索晶格失配、熱失配、形核與合并等對(duì)厚膜應(yīng)力生成和積聚的影響規(guī)律，建立起大失配厚膜的三維應(yīng)力模型；結(jié)合激光剝離和自分離技術(shù)，探索獲得無應(yīng)力或低應(yīng)力的自支撐襯底材料的有效途徑；探索適合自支撐gan襯底的moc

8、vd同質(zhì)外延生長(zhǎng)技術(shù)；研究適合自支撐gan襯底的mocvd同質(zhì)外延生長(zhǎng)規(guī)律；采用mocvd-hvpe復(fù)合生長(zhǎng)方法，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量aln厚膜和aln/藍(lán)寶石復(fù)合襯底材料的外延生長(zhǎng)；探索氨熱法生長(zhǎng)aln體單晶的途徑。4、全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體的材料和器件物理研究iii族氮化物半導(dǎo)體材料非平衡態(tài)外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，特別是應(yīng)力和極化對(duì)材料外延質(zhì)量和缺陷控制的影響規(guī)律，建立微區(qū)應(yīng)力成像系統(tǒng)，研究iii族氮化物應(yīng)力分布與外延結(jié)構(gòu)、極性、組分分凝以及生長(zhǎng)工藝的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；探索大失配、強(qiáng)極化低維量子結(jié)構(gòu)摻雜工程的物理規(guī)律；發(fā)展適用于高al組分氮化物半導(dǎo)體的調(diào)制光譜技術(shù)和深紫外光致發(fā)光時(shí)間分辨光譜技術(shù)，研究

9、低維量子結(jié)構(gòu)的光學(xué)偏振性質(zhì)和光生載流子的馳豫、輸運(yùn)和輻射復(fù)合的發(fā)光動(dòng)力學(xué)性質(zhì)等基本物理過程。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)：從國家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國防安全對(duì)全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體光電功能材料及其器件的重大需求出發(fā)，結(jié)合國際上氮化物半導(dǎo)體研究的主要發(fā)展趨勢(shì)，依托我們的既有工作基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)開展高al組分algan材料、高in組分ingan材料和gan、aln同質(zhì)外延襯底材料的研究。通過對(duì)非平衡條件下氮化物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與缺陷控制等關(guān)鍵科學(xué)問題的深入探索，攻克相關(guān)的材料制備和器件研制關(guān)鍵技術(shù)，建立相關(guān)的理論和原始技術(shù)創(chuàng)新體系，培育和凝聚一支具有國際水平的研究隊(duì)伍，為iii族氮化物半導(dǎo)體在短

10、波長(zhǎng)光電子器件、全光譜高效光伏器件、以及iii族氮化物同質(zhì)外延等方面的重大應(yīng)用奠定科學(xué)基礎(chǔ)，為自主發(fā)展我國的第三代半導(dǎo)體材料科學(xué)和技術(shù)，為國家安全和促進(jìn)相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的培育和發(fā)展做出貢獻(xiàn)。五年具體目標(biāo)：1、基本掌握非平衡條件下全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和p型摻雜動(dòng)力學(xué)規(guī)律，初步發(fā)展出極性控制、相分離控制、三維應(yīng)力控制等大失配、強(qiáng)極化材料外延生長(zhǎng)急需的物理模型；揭示應(yīng)變和極化對(duì)低維量子結(jié)構(gòu)中載流子輸運(yùn)、復(fù)合、躍遷和宏觀光電性質(zhì)的影響規(guī)律；發(fā)展出深紫外時(shí)間分辨光譜、微區(qū)應(yīng)力分布成像等幾種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的表征和檢測(cè)新方法，為相關(guān)材料和器件研制提供物理支撐。2、實(shí)現(xiàn)表面原子級(jí)平整

11、、低缺陷密度的高al組分algan（al組分40%）薄膜的外延生長(zhǎng)，外延薄膜xrd（0002）和（10-12）面衍射峰搖擺曲線半高寬分別小于70和300 arcsec；實(shí)現(xiàn)al組分40%的algan的p型摻雜，空穴濃度11017cm-3。3、研制出具有實(shí)用性能的algan基uv-led，峰值波長(zhǎng)280-320 nm，發(fā)光功率10 mw；研制出高探測(cè)靈敏度的algan基日盲紫外雪崩探測(cè)器，光響應(yīng)截止波長(zhǎng)280 nm, 外量子效率40%，雪崩增益104量級(jí)；實(shí)現(xiàn)algan基紫外、紅外雙色探測(cè)原型器件的光電流探測(cè)和單片集成。4、 實(shí)現(xiàn)全in組分ingan的外延生長(zhǎng)和in組分30%的ingan的p型摻

12、雜，空穴濃度21017cm-3；實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15%或國際領(lǐng)先水平的ingan基光伏電池原型器件。5、掌握低應(yīng)力、低位錯(cuò)密度的gan自支撐襯底材料的實(shí)用化hvpe制備方法，2英寸自支撐gan厚膜的位錯(cuò)密度5106 cm-2，室溫下本征載流子濃度51016 cm-3 ，電子遷移率500cm2/vs；在自制的gan襯底上同質(zhì)外延ingan量子阱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)420460 nm的藍(lán)光ld結(jié)構(gòu)的室溫連續(xù)激射。6、實(shí)現(xiàn)無裂紋aln厚膜晶片的hvpe生長(zhǎng)或mocvd-hvpe復(fù)合生長(zhǎng)，制備出直徑1英寸的自支撐aln襯底；實(shí)現(xiàn)低缺陷密度、高光學(xué)透過率的aln晶體，位錯(cuò)密度 5 x 104cm-2。7、

13、發(fā)表300篇sci、ei收錄論文，申請(qǐng)國家發(fā)明專利50項(xiàng)，培養(yǎng)一批本領(lǐng)域高水平的青年學(xué)術(shù)帶頭人、學(xué)術(shù)骨干和博、碩士研究生。三、研究方案總體方案和技術(shù)途徑： 本項(xiàng)目根據(jù)全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體及其低維量子結(jié)構(gòu)的發(fā)展瓶頸依然是材料質(zhì)量這一實(shí)際情況，圍繞關(guān)鍵科學(xué)問題和研究目標(biāo)，以非平衡條件下氮化物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和摻雜動(dòng)力學(xué)為重點(diǎn)和切入點(diǎn)，力求從物理本質(zhì)上優(yōu)化材料設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)工藝，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氮化物半導(dǎo)體及其低維量子結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)方法，在缺陷控制、應(yīng)力和極化調(diào)控、p型摻雜等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上取得突破性進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)探索高導(dǎo)帶階躍、強(qiáng)極化半導(dǎo)體體系中電子、光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和宏觀光電性

14、能調(diào)控，發(fā)展針對(duì)該類材料體系的物性表征和檢測(cè)新方法，攻克相應(yīng)的器件工藝關(guān)鍵技術(shù)，力爭(zhēng)在algan基紫外發(fā)光和探測(cè)材料與器件、ingan基全光譜高效光伏材料與器件、gan和aln同質(zhì)外延襯底材料等方面取得重要進(jìn)展，以器件為出口，用實(shí)用型器件性能的大幅提高和新概念原型器件的實(shí)現(xiàn)來展示在關(guān)鍵材料科學(xué)問題和關(guān)鍵材料制備技術(shù)上的突破。創(chuàng)新點(diǎn)和特色：本項(xiàng)目的創(chuàng)新性與特色首先體現(xiàn)在學(xué)術(shù)思路和實(shí)施路徑上的創(chuàng)新，它是貫穿本項(xiàng)目的主線：以非平衡條件下氮化物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和摻雜動(dòng)力學(xué)為重點(diǎn)和切入點(diǎn)，力求從物理本質(zhì)上理解材料的設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)工藝，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全組分可調(diào)的iii族氮化物半導(dǎo)體及其低維量子結(jié)

15、構(gòu)的外延生長(zhǎng)方法。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)探索高導(dǎo)帶階躍、強(qiáng)極化半導(dǎo)體體系中電子、光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和宏觀性能調(diào)控，發(fā)展針對(duì)該類材料體系的物性表征和檢測(cè)新方法，攻克相應(yīng)的器件工藝關(guān)鍵技術(shù)。這一思路將有效地避免傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)式研究方法，提高整個(gè)項(xiàng)目的研究水平與創(chuàng)新能力。具體的創(chuàng)新點(diǎn)與研究特色主要包括：（1）針對(duì)aln異質(zhì)外延遠(yuǎn)離平衡態(tài)生長(zhǎng)的特征，提出aln/藍(lán)寶石模板的表面成核、遷移增強(qiáng)以及高溫生長(zhǎng)復(fù)合控制的mocvd外延生長(zhǎng)方法，是本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)之一。由于al原子的表面遷移能力低，一般需采用高溫生長(zhǎng)或者脈沖原子層外延生長(zhǎng)等增強(qiáng)表面遷移能力的方法來提高aln的晶體質(zhì)量。然而，高溫生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致劇烈的副反應(yīng)并易在外延

16、層中產(chǎn)生反型晶疇，而脈沖原子層外延的生長(zhǎng)窗口窄、生長(zhǎng)條件不穩(wěn)定，且生長(zhǎng)速度過慢。為此我們提出先進(jìn)行低溫成核控制生長(zhǎng)，然后混合使用脈沖原子層外延和高溫連續(xù)生長(zhǎng)兩種方法，既調(diào)控低溫成核密度以降低位錯(cuò)密度，又能以較高速率進(jìn)行高晶體質(zhì)量aln外延生長(zhǎng)，并通過生長(zhǎng)條件的優(yōu)化來調(diào)節(jié)應(yīng)力和抑制位錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量aln/藍(lán)寶石材料的外延生長(zhǎng)。（2）提出受主-和施主-共摻超晶格結(jié)構(gòu)，以調(diào)控超晶格局域內(nèi)建電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)mocvd外延生長(zhǎng)過程中高al組分algan的高效p型摻雜，是本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)之二。針對(duì)高al組分algan中mg雜質(zhì)激活能高，高電導(dǎo)率的p型材料難以獲得的問題，近年來，有研究者提出利用基于極化誘導(dǎo)的超晶格

17、摻雜技術(shù)降低受主的激活能，該方法受限于材料本征極化場(chǎng)，制約了空穴濃度的有效提高，為此，我們提出受主-和施主-共摻超晶格結(jié)構(gòu)，通過在algan超晶格界面處分別插入受主和施主的摻雜層，在界面形成局域費(fèi)米能級(jí)使電荷產(chǎn)生轉(zhuǎn)移，進(jìn)而有效地調(diào)節(jié)超晶格局域內(nèi)建電場(chǎng)，增大能帶彎曲程度，從而減小受主激活能，實(shí)現(xiàn)高al組分algan的高效p型摻雜。（3）利用極化和應(yīng)變效應(yīng)設(shè)計(jì)應(yīng)變超晶格結(jié)構(gòu)，改變高al組分algan價(jià)帶頂能帶的排序，提高光子沿材料c軸方向的出光效率，是本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)之三。當(dāng)algan的al組分高于0.5時(shí)，晶體場(chǎng)分裂空穴帶（ch）取代了重空穴（hh）帶和輕空穴（lh）帶成為價(jià)帶頂，這一轉(zhuǎn)變對(duì)光子沿

18、材料c軸方向的出光產(chǎn)生致命的影響。為此，我們提出algan超薄應(yīng)變量子結(jié)構(gòu)，利用極化和應(yīng)變效應(yīng)改變價(jià)帶頂能帶的排序，有效調(diào)整高al組分algan材料的光學(xué)各向異性，提高光子沿材料c軸方向的出光效率。（4） 利用inn超薄層生長(zhǎng)技術(shù)，降低晶格和生長(zhǎng)溫度的雙重失配，實(shí)現(xiàn)ingan基多量子阱結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的ingan數(shù)字合金，是本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)之四。ingan的外延生長(zhǎng)受到inn最優(yōu)生長(zhǎng)溫度低，與gan最優(yōu)生長(zhǎng)溫度很不匹配的制約，是ingan外延層晶體質(zhì)量差的主要原因之一。利用超薄inn層生長(zhǎng)技術(shù)，不但可以提高inn的最高可生長(zhǎng)溫度，縮小和gan最優(yōu)生長(zhǎng)溫度的差異，而且可以實(shí)現(xiàn)inn在gan上的共格生長(zhǎng)

19、，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量ingan及其多量子阱結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)。利用inn超薄層生長(zhǎng)技術(shù)，亦可以實(shí)現(xiàn)基于inn/gan短周期超晶格結(jié)構(gòu)的ingan數(shù)字合金的外延生長(zhǎng)。（5）提出在低缺陷密度生長(zhǎng)狀態(tài)與應(yīng)力釋放生長(zhǎng)狀態(tài)之間周期性變化，抑制hvpe生長(zhǎng)過程中g(shù)an厚膜的應(yīng)力和缺陷，是本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)之五。gan厚膜的hvpe外延生長(zhǎng)存在兩種生長(zhǎng)狀態(tài)，即低缺陷密度生長(zhǎng)狀態(tài)和應(yīng)力釋放生長(zhǎng)狀態(tài)。低缺陷密度生長(zhǎng)狀態(tài)下gan中位錯(cuò)較少，但應(yīng)力集中，很容易開裂；而應(yīng)力釋放生長(zhǎng)狀態(tài)下gan中應(yīng)力較小，但位錯(cuò)顯著增多。這兩種不同的生長(zhǎng)狀態(tài)由不同的生長(zhǎng)條件決定。我們提出通過控制hvpe生長(zhǎng)工藝參數(shù)在低缺陷密度生長(zhǎng)條件和應(yīng)力釋放生

20、長(zhǎng)條件之間以適當(dāng)速度進(jìn)行周期性變化，在保證gan外延膜低位錯(cuò)密度和高質(zhì)量的同時(shí)，有效釋放應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)既控制gan厚膜開裂，又控制缺陷密度的目的。（6）利用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)間分辨深紫外激光光譜研究高al組分algan材料及其低維量子結(jié)構(gòu)的發(fā)光動(dòng)力學(xué)，是本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)之六。采用時(shí)間分辨深紫外激光光致發(fā)光系統(tǒng)可以獲得高al組分algan材料及其低維量子結(jié)構(gòu)中光生載流子和激子的輸運(yùn)、輻射復(fù)合等動(dòng)力學(xué)信息，是研究高al組分algan材料的能帶結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)缺陷行為急需的表征手段。我們已經(jīng)研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)間分辨（20 ps）深紫外低溫光致發(fā)光(pl)光譜，是國際上擁有該種測(cè)試系統(tǒng)為數(shù)很少的幾個(gè)

21、實(shí)驗(yàn)室之一，可以滿足本項(xiàng)目對(duì)高al組分algan及其低維量子結(jié)構(gòu)材料發(fā)光動(dòng)力學(xué)研究的要求。（7）在mocvd外延生長(zhǎng)過程中采用in、si共摻雜技術(shù)實(shí)現(xiàn)高al組分algan及其低維量子結(jié)構(gòu)材料的n型電導(dǎo)調(diào)控，是本項(xiàng)目的特色之一。 由于高al組分algan具有帶隙寬和缺陷密度高的特點(diǎn)，導(dǎo)致高電導(dǎo)性algan材料制備的困難。針對(duì)這一問題，在mocvd生長(zhǎng)過程中利用in、si共摻雜方法提高algan外延層中si施主雜質(zhì)的固溶度，在研究施主雜質(zhì)激活能與al組分相關(guān)性的基礎(chǔ)上，尋找降低有效激活能的方法，從而提高n型載流子濃度，有效調(diào)控高al組分algan材料的電導(dǎo)。（8）提出采用激光預(yù)剝離和in(ga)n

22、犧牲層方法，在hvpe生長(zhǎng)過程中實(shí)現(xiàn)gan厚膜與襯底的自動(dòng)分離，是本項(xiàng)目的特色之二。激光預(yù)剝離技術(shù)是利用激光剝離方法將gan薄膜和藍(lán)寶石襯底不完全剝離，呈網(wǎng)狀部分分離。然后繼續(xù)生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定厚度后降溫，在降溫過程中，由于熱應(yīng)力作用使gan厚膜與弱連接的藍(lán)寶石襯底自動(dòng)分離，同時(shí)避免gan厚膜破裂。in(ga)n犧牲層技術(shù)是利用mbe方法首先在藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)一層inn或ingan外延層，快速升到高溫后hvpe法生長(zhǎng)gan厚膜，因?yàn)閕n(ga)n犧牲層高溫下容易分解，從而實(shí)現(xiàn)gan與襯底的自動(dòng)分離。（9）非平衡態(tài)熱力學(xué)耦合理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，構(gòu)筑aln 氨熱體系的非平衡相圖，突破aln單晶氨熱法

23、生長(zhǎng)的關(guān)鍵難題，是本項(xiàng)目的特色之三。aln單晶的氨熱法生長(zhǎng)需要反應(yīng)生成的晶體是該系統(tǒng)中不分解的唯一穩(wěn)定相，并具有理想的生長(zhǎng)速率和高晶體質(zhì)量，因而明確aln在氨熱系統(tǒng)中的相平衡關(guān)系是確定晶體生長(zhǎng)條件的物理基礎(chǔ)。然而由于aln具有很高的熔點(diǎn)和極其緩慢的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過程，其平衡相圖很難得到。針對(duì)這一問題，我們先用熱力學(xué)耦合理論計(jì)算aln在不同礦化劑作用下的非平衡相圖，然后采用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證并微調(diào)aln氨熱體系的非平衡相圖，在此基礎(chǔ)上，研究氨熱法生長(zhǎng)aln的最佳條件。（10）從光學(xué)偏振特性的角度研究全組分可調(diào)iii族氮化物低維量子結(jié)構(gòu)中的極化效應(yīng)、應(yīng)變效應(yīng)、界面結(jié)構(gòu)及其對(duì)能帶結(jié)構(gòu)和載流子行為的影響，是一

24、種全新的研究方法，也是本項(xiàng)目的特色之四。由于全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體極強(qiáng)的自發(fā)和壓電極化，其低維量子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變和界面結(jié)構(gòu)等會(huì)通過極化效應(yīng)來影響材料的光電性質(zhì)，包括改變載流子濃度、電子能級(jí)等。除此之外，還會(huì)影響到微結(jié)構(gòu)的光學(xué)偏振和載流子自旋等性質(zhì)。采用反射差分譜、圓偏振自旋光電流譜、基于偏振調(diào)制技術(shù)的應(yīng)力成像技術(shù)等偏振敏感的光學(xué)表征新技術(shù)來研究單軸應(yīng)變、界面結(jié)構(gòu)、極性疇等對(duì)低維量子結(jié)構(gòu)光電性質(zhì)的影響，與常規(guī)光學(xué)測(cè)量相比，可獲得更多的物理信息。課題設(shè)置：課題一、algan基uv發(fā)光材料及其器件應(yīng)用主要研究?jī)?nèi)容：研究高al組分algan及其低維量子結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)；研究采用mg和si雜質(zhì)

25、調(diào)制量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)建電場(chǎng)的機(jī)理，探索實(shí)現(xiàn)高al組分algan材料p型摻雜的途徑；設(shè)計(jì)和制備新型algan基應(yīng)變量子結(jié)構(gòu)，調(diào)整極化場(chǎng)、量子態(tài)分布、價(jià)帶頂晶體場(chǎng)分裂，改善量子能級(jí)間電子躍遷幾率和光學(xué)各向異性；研究金屬納米顆粒表面等離激元與量子結(jié)構(gòu)中載流子相互作用。在此基礎(chǔ)上研制出具有實(shí)用性能的algan基uv發(fā)光器件。研究目標(biāo)：掌握提高p型摻雜效率的方法，實(shí)現(xiàn)al組分40%的algan的p型摻雜，空穴濃度11017cm-3；調(diào)控algan基低維量子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變和極化狀態(tài)，改善量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)al組分40%的algan基多量子阱結(jié)構(gòu)，紫外發(fā)光內(nèi)量子效率40%；調(diào)控高al組分algan材料價(jià)帶

26、頂晶體場(chǎng)分裂，提高正面出光和帶邊光躍遷效率。在此基礎(chǔ)上，研制出發(fā)光波長(zhǎng)280-320 nm、發(fā)光功率10 mw的uv-led。承擔(dān)單位：廈門大學(xué)、北京大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：康俊勇教授，廈門大學(xué)經(jīng)費(fèi)比例：16.5%課題二、algan基uv探測(cè)和isbt雙色探測(cè)材料及其器件應(yīng)用主要研究?jī)?nèi)容：在表面遷移增強(qiáng)mocvd脈沖原子層外延生長(zhǎng)研究基礎(chǔ)上，開展基于非平衡態(tài)生長(zhǎng)的施主型摻雜-受主型背景雜質(zhì)的n型共摻技術(shù)研究，開展利用極化效應(yīng)改善algan基超晶格p型摻雜的機(jī)理研究，在此基礎(chǔ)上研制algan基超高速、高靈敏的日盲紫外雪崩探測(cè)器件；設(shè)計(jì)和制備用于isbt紅外探測(cè)的algan基多量子阱結(jié)構(gòu)，研究其精細(xì)能帶結(jié)

27、構(gòu)、子帶間光致躍遷及光生載流子輸運(yùn)，在此基礎(chǔ)上研制algan基紫外、紅外雙色探測(cè)原型器件。研究目標(biāo)：通過對(duì)表面遷移增強(qiáng)脈沖原子層外延生長(zhǎng)方法規(guī)律的掌握，有效改善高al組分algan外延薄膜及其低維量子結(jié)構(gòu)的材料質(zhì)量；通過對(duì)高al組分algan中雜質(zhì)行為和p型摻雜的研究，掌握控制背景雜質(zhì)濃度、有效提高p型摻雜水平的方法；研制出具有高探測(cè)靈敏度的algan基日盲紫外apd器件，光響應(yīng)截止波長(zhǎng)280 nm, 外量子效率40%，雪崩增益達(dá)104量級(jí)；制備出高質(zhì)量的algan基多量子阱結(jié)構(gòu)，掌握載流子的躍遷和輸運(yùn)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)algan基紫外、紅外雙色探測(cè)原型器件的光電流探測(cè)和單片集成。 承擔(dān)單位： 中山大

28、學(xué)、華中科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：江灝教授，中山大學(xué)經(jīng)費(fèi)比例：18% 課題三、ingan基全光譜光伏材料及其器件應(yīng)用主要研究?jī)?nèi)容：進(jìn)行全組分可調(diào)ingan薄膜及其低維量子結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究，掌握高質(zhì)量ingan材料的外延生長(zhǎng)規(guī)律；研究基于短周期inn/gan超晶格的ingan數(shù)字合金的外延生長(zhǎng)方法及其機(jī)理；研究載流子調(diào)控以及與雜質(zhì)缺陷的相互作用，探索實(shí)現(xiàn)高in組分ingan材料p型摻雜的途徑；研究ingan基光伏電池結(jié)構(gòu)中光電轉(zhuǎn)換過程的能量損失機(jī)理，優(yōu)化設(shè)計(jì)和外延生長(zhǎng)ingan基全光譜高效光伏電池結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效光伏電池原型器件。研究目標(biāo)：研制出全組分可調(diào)ingan基全光譜光伏材料并揭示全in組

29、分ingan材料外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)高in組分ingan材料的p型摻雜；掌握ingan材料中光電轉(zhuǎn)換和光生載流子輸運(yùn)機(jī)制，大幅度提高其光電轉(zhuǎn)換效率；在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)ingan基全光譜高效光伏電池原型器件，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15%或國際的最優(yōu)值，為進(jìn)一步提高全光譜高效ingan基太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。承擔(dān)單位： 中科院半導(dǎo)體所、北京大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：王曉亮研究員，中科院半導(dǎo)體所經(jīng)費(fèi)比例：16.5%課題四、自支撐gan襯底材料制備及其同質(zhì)外延應(yīng)用主要研究?jī)?nèi)容：探索并建立大失配非連續(xù)異質(zhì)厚膜體系的三維應(yīng)力模型，研究gan厚膜應(yīng)力產(chǎn)生及釋放機(jī)制、斷裂機(jī)制及其各向異性，研究降低或阻斷應(yīng)力

30、和缺陷的方法和規(guī)律，以及襯底分離技術(shù)，獲得無應(yīng)力或低應(yīng)力的gan厚膜襯底材料；在非平衡高速生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，研究反應(yīng)室尺寸放大技術(shù)，開發(fā)大尺寸多片機(jī)gan厚膜生長(zhǎng)技術(shù)；研究gan襯底上的mocvd同質(zhì)外延生長(zhǎng)技術(shù)，制備新型純藍(lán)光gan基ld原型器件。研究目標(biāo)：通過對(duì)gan自支撐襯底中應(yīng)力、斷裂機(jī)制及不同方向控制的深入研究，建立起非平衡快速生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)模型和考慮不連續(xù)介質(zhì)的三維應(yīng)力的厚膜應(yīng)力斷裂模型，優(yōu)化出12種2英寸低應(yīng)力和低位錯(cuò)密度的gan自支撐襯底材料的實(shí)用化hvpe制備方法，2英寸自支撐gan襯底位錯(cuò)密度小于5106 cm-2；在自制的gan襯底上同質(zhì)外延藍(lán)光ld結(jié)構(gòu)，量子阱發(fā)光波長(zhǎng)

31、420460 nm，實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)激射。承擔(dān)單位： 北京大學(xué)、南京大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：史俊杰教授，北京大學(xué)經(jīng)費(fèi)比例：15.5%課題五、自支撐aln襯底材料及高質(zhì)量aln/藍(lán)寶石復(fù)合襯底材料的制備主要研究?jī)?nèi)容：研究hvpe方法或mocvd-hvpe復(fù)合方法生長(zhǎng)aln厚膜和aln/藍(lán)寶石復(fù)合襯底材料中失配、形核與合并及厚度增加等對(duì)材料應(yīng)力生成和積聚的影響，探索位錯(cuò)組態(tài)、點(diǎn)缺陷引起的宏觀應(yīng)變衍化，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力起源的深入理解；研究材料生長(zhǎng)條件對(duì)應(yīng)力的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)材料應(yīng)力可控的外延生長(zhǎng)；構(gòu)筑aln氨熱體系的非平衡相圖，以hvpe生長(zhǎng)aln籽晶，探索生長(zhǎng)低缺陷密度aln體單晶的途徑。研究目標(biāo)：采用hvpe方法或

32、mocvd-hvpe復(fù)合生長(zhǎng)方法實(shí)現(xiàn)aln厚膜材料外延生長(zhǎng)，理解hvpe非平衡外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過程中的應(yīng)力演變過程及實(shí)現(xiàn)應(yīng)力可控生長(zhǎng)，解決晶片開裂問題，制備出直徑1英寸的自支撐aln襯底，制備出高質(zhì)量的aln/藍(lán)寶石復(fù)合襯底材料；探索氨熱法生長(zhǎng)低缺陷密度、高光學(xué)透過率的aln晶體，獲得位錯(cuò)密度104cm-2的aln單晶材料。承擔(dān)單位：中科院蘇州納米所、中科院半導(dǎo)體所課題負(fù)責(zé)人：徐科研究員，中科院蘇州納米所經(jīng)費(fèi)比例：15.5%課題六、全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體材料和器件物理 主要研究?jī)?nèi)容：研究全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體材料非平衡態(tài)外延生長(zhǎng)過程中應(yīng)力和極化對(duì)材料外延質(zhì)量和缺陷控制的影響規(guī)律，

33、建立微區(qū)應(yīng)力成像系統(tǒng)，研究應(yīng)力分布與外延結(jié)構(gòu)、極性、組分分凝以及生長(zhǎng)工藝的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；探索大失配、強(qiáng)極化量子結(jié)構(gòu)中摻雜工程的物理規(guī)律；發(fā)展適用于高al組分iii族氮化物半導(dǎo)體的調(diào)制光譜技術(shù)，研究其光學(xué)偏振性質(zhì)以及與材料能帶結(jié)構(gòu)和載流子性質(zhì)的關(guān)聯(lián)；發(fā)展深紫外光致發(fā)光時(shí)間分辨光譜技術(shù)，研究氮化物半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)中光生載流子的馳豫、輸運(yùn)和輻射復(fù)合的發(fā)光動(dòng)力學(xué)過程。研究目標(biāo)：掌握非平衡條件下外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律和全組分可調(diào)氮化物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)隨組分演化的規(guī)律，建立大失配條件下半導(dǎo)體低維量子結(jié)構(gòu)中自發(fā)極化和壓電極化的物理模型，揭示應(yīng)變和強(qiáng)極化對(duì)載流子輸運(yùn)、復(fù)合、躍遷和材料宏觀光電性質(zhì)的影響，發(fā)展出針對(duì)全組

34、分可調(diào)iii族氮化物材料的深紫外時(shí)間分辨光譜、微區(qū)應(yīng)力分布成像等幾種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的表征和檢測(cè)新方法，為相關(guān)的材料和器件研制提供物理支撐。 承擔(dān)單位： 北京大學(xué)、中科院半導(dǎo)體所、南京大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：沈波教授，北京大學(xué)經(jīng)費(fèi)比例：18% 課題間相互關(guān)系及與總體目標(biāo)的關(guān)系：本項(xiàng)目課題的設(shè)置從4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題出發(fā)，緊密圍繞項(xiàng)目的總體目標(biāo)和主要研究?jī)?nèi)容，同時(shí)各課題間也具有互相配合與支撐的關(guān)系。首先，六個(gè)課題承擔(dān)的具體材料或器件研究任務(wù)雖然不同，但貫穿著相同的學(xué)術(shù)思想與研究方法，即以非平衡條件下iii族氮化物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)為重點(diǎn)和切入點(diǎn)，力求從物理本質(zhì)上理解和優(yōu)化外延生長(zhǎng)技術(shù)，力爭(zhēng)在缺陷控制、應(yīng)

35、力和極化調(diào)控、p型摻雜等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上取得突破。在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)探索高導(dǎo)帶階躍、強(qiáng)極化半導(dǎo)體體系中電子、光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和性能調(diào)控，攻克相應(yīng)的器件工藝關(guān)鍵技術(shù)。各課題從不同側(cè)重角度，共同解決本項(xiàng)目面對(duì)的關(guān)鍵科學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)。各課題在關(guān)鍵科學(xué)問題研究上的側(cè)重點(diǎn)為：課題1和課題2均研究高al組分algan材料及其器件應(yīng)用，面對(duì)的材料科學(xué)問題有許多共通之處，都涉及本項(xiàng)目的4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題；但課題1側(cè)重于uv發(fā)光材料與器件研究，課題2側(cè)重于uv和雙色探測(cè)材料與器件研究，由于器件目標(biāo)不一樣，各自關(guān)注的具體低維量子結(jié)構(gòu)材料的特性和功能有一定差異。課題3研究全組分可調(diào)ingan基材料和全光譜光伏器件，也涉及本

36、項(xiàng)目的4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，但由于材料體系上的差異，課題3需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題的具體內(nèi)涵，與前兩個(gè)課題對(duì)比有較大差異。課題4和課題5分別研究自支撐gan和aln襯底，涉及第1和第2個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，特別是第2個(gè)科學(xué)問題是其最核心的研究?jī)?nèi)容。由于有器件應(yīng)用的內(nèi)容，課題4還需同質(zhì)外延相關(guān)的低維量子結(jié)構(gòu)，因此部分涉及第4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。課題6圍繞全組分可調(diào)iii族氮化物半導(dǎo)體材料制備及其器件應(yīng)用的共性物理問題開展研究，并自主發(fā)展針對(duì)全組分可調(diào)iii族氮化物材料的表征方法和檢測(cè)技術(shù)，4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題均有涉及。 按主要研究?jī)?nèi)容和課題目標(biāo)劃分，課題1和課題2主要解決algan基uv發(fā)光和探測(cè)材料及器件應(yīng)用面臨

37、的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，同屬主要研究?jī)?nèi)容的第1點(diǎn)；課題3主要解決ingan基全光譜光伏材料與器件面臨的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，屬于主要研究?jī)?nèi)容的第2點(diǎn)；課題4和課題5分別解決自支撐gan、aln襯底材料及其同質(zhì)外延應(yīng)用中的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，同屬主要研究?jī)?nèi)容的第3點(diǎn)；課題6主要解決本申請(qǐng)項(xiàng)目各課題面對(duì)的共性物理問題，為前面5個(gè)課題提供物理支撐，屬于主要研究?jī)?nèi)容的第4點(diǎn)。四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面入手探索界面共格生長(zhǎng)高al組分algan低維量子結(jié)構(gòu)的外延方法， 包括aln/藍(lán)寶石模板的表面成核、遷移增強(qiáng)以及高溫生長(zhǎng)；設(shè)計(jì)用于isbt紅外探測(cè)的algan基多量子阱及器件結(jié)構(gòu)；研

38、究全in組分ingan材料外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，探索各種生長(zhǎng)條件對(duì)ingan外延材料晶體質(zhì)量和背景電子濃度的影響規(guī)律；針對(duì)hvpe生長(zhǎng)gan厚膜的特點(diǎn)，在三維應(yīng)力模型基礎(chǔ)上，研究應(yīng)力的產(chǎn)生釋放機(jī)制和生長(zhǎng)條件對(duì)缺陷及應(yīng)力演變的影響；研究高溫hvpe 生長(zhǎng)aln厚膜的模式，搭建適合aln厚膜生長(zhǎng)的hvpe和mocvd-hvpe設(shè)備；構(gòu)筑aln氨熱體系非平衡相圖；研究高al組分algan、富in組分ingan中的缺陷微結(jié)構(gòu)，研究高al組分algan外延薄膜材料中載流子弛豫、輸運(yùn)和輻射復(fù)合發(fā)光動(dòng)力學(xué)過程和光學(xué)偏振特性。揭示iii族氮化物半導(dǎo)體應(yīng)變調(diào)控能帶的規(guī)律；掌握提高algan基量子阱結(jié)構(gòu)界面平整度、實(shí)現(xiàn)

39、界面共格生長(zhǎng)的外延生長(zhǎng)方法，包括原子級(jí)平整的aln/藍(lán)寶石模板外延生長(zhǎng)方法；確定algan基日盲雪崩apd外延結(jié)構(gòu)參數(shù)和isbt器件結(jié)構(gòu)參數(shù)； 實(shí)現(xiàn)全組分可調(diào)ingan材料并有效降低ingan外延材料的背景電子濃度；初步建立大失配非連續(xù)異質(zhì)厚膜體系的三維應(yīng)力模型；實(shí)現(xiàn)2英寸gan/al2o3復(fù)合襯底位錯(cuò)密度8107 cm-2；建成高溫hvpe和mocvd-hvpe設(shè)備；構(gòu)建起aln氨熱體系非平衡相圖；發(fā)展出針對(duì)iii族氮化物半導(dǎo)體的深紫外時(shí)間分辨光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)高al組分algan的能帶精細(xì)結(jié)構(gòu)、激子局域化等性質(zhì)的初步表征和分析；發(fā)表60篇sci、ei收錄論文，申請(qǐng)國家發(fā)明專利10項(xiàng)；培養(yǎng)博、碩士

40、研究生10名。第二年設(shè)計(jì)和制備algan基應(yīng)變超薄量子結(jié)構(gòu)材料，探索提高其發(fā)光內(nèi)量子效率的途徑；研究高al組分algan的雜質(zhì)行為調(diào)控與p型摻雜以及p-i-n結(jié)構(gòu)apd探測(cè)器材料外延過程的應(yīng)力調(diào)控；研究algan基量子阱的精細(xì)能帶結(jié)構(gòu)、子帶間光致躍遷、光生載流子輸運(yùn)、隧穿效應(yīng)和極化效應(yīng)等物理過程；研究富in組分ingan材料的相分離機(jī)理，初步開展ingan外延生長(zhǎng)過程中的p型摻雜研究；研究生長(zhǎng)條件周期性漸變hvpe方法和gan厚膜襯底材料的斷裂機(jī)制及其各向異性，開展激光剝離技術(shù)和自分離技術(shù)的初步研究；研究aln厚膜襯底生長(zhǎng)方法，搭建氨熱法生長(zhǎng)設(shè)備，探索極低缺陷密度aln材料的生長(zhǎng)途徑；繼續(xù)進(jìn)行

41、高al組分algan、富in組分ingan中的缺陷微結(jié)構(gòu)和缺陷形成機(jī)制研究；采用深紫外光譜技術(shù)研究iii族氮化物半導(dǎo)體的本征光學(xué)性質(zhì)；搭建微區(qū)應(yīng)力分布成像系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)al組分40%的algan基多量子阱結(jié)構(gòu)，紫外發(fā)光內(nèi)量子效率40%；實(shí)現(xiàn)低缺陷密度aln/藍(lán)寶石模板外延生長(zhǎng)；掌握p型algan的有效摻雜機(jī)理；實(shí)現(xiàn)雪崩增益達(dá)3103量級(jí)，量子效率35%的algan基日盲apd的制備；實(shí)現(xiàn)algan基量子阱材料波長(zhǎng)3-5 um的isbt光吸收；實(shí)現(xiàn)單一穩(wěn)定相全組分可調(diào)ingan外延材料，初步實(shí)現(xiàn)p型ingan；獲得2英寸gan厚膜，無裂紋厚度達(dá)到300微米，位錯(cuò)密度5107 cm-2；實(shí)現(xiàn)厚度為30

42、 mm、直徑1英寸的aln厚膜襯底；建成aln氨熱法生長(zhǎng)設(shè)備；通過深紫外光譜研究，確定高al組分algan的價(jià)帶精細(xì)結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)對(duì)iii族氮化物半導(dǎo)體應(yīng)力分布掃描成像，空間分辨率小于1微米；發(fā)表60篇sci、ei收錄論文，申請(qǐng)國家發(fā)明專利10項(xiàng)；培養(yǎng)博、碩士研究生10名。第三年探索新型algan基應(yīng)變量子結(jié)構(gòu)，研究帶間躍遷、光學(xué)各向異性以及出光效率等物理性質(zhì)；研究algan基低維結(jié)構(gòu)高場(chǎng)下碰撞電離特性；研究algan基量子阱isbt結(jié)構(gòu)吸收、發(fā)光和微結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)algan基紫外、紅外雙色探測(cè)單片集成器件版圖，優(yōu)化器件工藝；系統(tǒng)開展ingan外延材料的p型摻雜研究，優(yōu)化ingan基光伏電池結(jié)構(gòu)設(shè)

43、計(jì)并模擬器件性能；研究有效的gan厚膜與襯底的分離技術(shù)，特別是激光預(yù)剝離技術(shù)、ingan犧牲層技術(shù)等；研究自支撐gan襯底上mocvd同質(zhì)外延生長(zhǎng)，特別是藍(lán)光激光器ld結(jié)構(gòu)材料的研究同質(zhì)外延；研究厚度為100mm的aln厚膜的的外延生長(zhǎng)；進(jìn)行aln單晶的氨熱法生長(zhǎng)探索；利用深紫外光譜技術(shù)研究高al組分algan及其低維量子結(jié)構(gòu)材料的雜質(zhì)行為；研究iii族氮化物半導(dǎo)體材料，包括gan、aln自支撐襯底材料應(yīng)力分布特性及其與極性、組分分凝以及外延生長(zhǎng)條件的關(guān)聯(lián)。揭示algan基應(yīng)變量子結(jié)構(gòu)中光子行為與出光效率之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，提高c軸方向的光提取效率；掌握algan基日盲apd器件制備的關(guān)鍵技術(shù)，有

44、效提高器件性能；實(shí)現(xiàn)algan基量子阱材料波長(zhǎng)3-5 um的isbt光電流探測(cè)，初步實(shí)現(xiàn)algan基紫外、紅外雙色探測(cè)的單片集成；獲得載流子濃度可控的p型ingan外延材料，p型inxga1-xn（x0.3）空穴濃度 21017cm-3； 獲得無裂紋面積1cm2的自支撐gan襯底，位錯(cuò)密度1107 cm-2，室溫背景電子濃度81017 cm-3，電子遷移率200 cm2/vs；實(shí)現(xiàn)直徑1英寸、厚度為100 mm的 aln厚膜襯底和小尺寸自支撐aln襯底制備； 理解并掌握雜質(zhì)和缺陷對(duì)iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光性質(zhì)的影響規(guī)律；建立起可用于高al組分algan、富in組分ingan光電器件研究的光電流差分譜系統(tǒng)；發(fā)表60篇sci、ei收錄論文，申請(qǐng)國家發(fā)明專利10項(xiàng)；培養(yǎng)博、碩士研究生10名。第四年研究mg和si摻雜調(diào)制algan基量子結(jié)構(gòu)內(nèi)建電場(chǎng)的機(jī)理，設(shè)