《Si襯底上GaN納米柱基外延材料的製備及相關機理研究》是依託華南理工大學，由李國強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Si襯底上GaN納米柱基外延材料的製備及相關機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李國強
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前，LED大都是基於藍寶石襯底上外延生長的多層GaN材料體系構建而成，其發展受到藍寶石襯底價格昂貴及大尺寸襯底難以獲得等缺點的限制。相比而言，Si襯底具有成本低、易獲得大尺寸等優勢。然而，Si與GaN外延之間存在大的晶格失配及熱失配。這使得在Si襯底上外延高質量、無裂紋的GaN薄膜變得十分困難。.為解決上述難題，本項目將在Si襯底上生長GaN納米柱結構LED外延材料。項目將克服目前的催化劑法及選區生長法製備GaN納米柱的不足，綜合利用上述各種生長方法的優點，採用多種生長方法及相應外延技術相結合的途徑，取長補短，對Si襯底上GaN納米柱的外延生長、高效摻雜、量子阱製作進行研究，並對其生長動力學及缺陷控制、外延摻雜機理、載流子複合機理等關鍵問題進行深入探討；同時，採用TracePro、APSYS等軟體模擬並結合生長實驗，最佳化器件結構，力圖得到Si襯底上的高效的納米柱基LED外延材料
結題摘要
目前，LED大都是基於藍寶石襯底上外延生長的多層GaN材料體系構建而成，其發展受到藍寶石襯底價格昂貴及大尺寸襯底難以獲得等缺點的限制。相比而言，Si襯底具有成本低、易獲得大尺寸等優勢。然而，Si與GaN外延之間存在大的晶格失配及熱失配。這使得在Si襯底上外延高質量、無裂紋的GaN薄膜變得十分困難。 為此，本項目重點研究了在矽襯底上製備基於GaN納米柱的外延材料及其相關機理的研究，並進行了系統和關鍵技術研究。主要研究內容和結果如下：（1）研究了GaN納米柱在Si襯底上的生長以及各種生長條件對GaN納米柱結構的影響。通過研究不同的襯底溫度，V/III元素比，退火溫度，退火氣氛和其他參數，獲得了摻雜濃度為10^18cm^-3的N型（In）GaN納米柱。結果，我們提出了一種摻入In原子以促進生長的方法，並獲得了形態可控且均一性高的（In）GaN納米柱陣列結構。（2）建立了Si襯底上（In）GaN納米柱的生長和In遷移機理的相關理論模型，揭示了Si襯底上（In）GaN納米柱的熱力學和動力學生長機理。（3）設計了多種新型的GaN納米柱異質結構，改善了載流子傳輸，並獲得了高性能的PEC和LED器件。其中，GaN異質結光電極的偏置光電轉換效率最高達到2.26％，注入電流為350mA時，GaN基LED的光輸出功率可以達到581.71mW。 本項目在實施過程中發表Advanced Materials，Small等SCI論文31篇，申請發明專利36項，其中授權發明專利24項，申請PCT專利1項；項目團隊培養了長江學者青年學者、香江學者、廣東省珠江人才等，碩博士16人次，獲廣東省科技進步二等獎（第一獲獎人）、中國產學研合作創新成果二等獎（第一獲獎人）等科研獎勵。
