第三代半导体材料研究现新果

GaN和ZnO是宽禁带半导体材料，作为第三代半导体材料的代表，在短波长紫外发光器件、紫外探测器和高温大功率微波电子器件等光电子和微电子领域具有广泛的应用前景。

目前对GaN、ZnO基材料与器件的研究基本上都是在c面材料上开展的。GaN、ZnO材料在常温下具有稳定的纤锌矿结构，不具有中心反演对称性，并且Ga、Zn原子分别和N、O原子的电负性相差很大，导致GaN、ZnO及其异质结在c方向具有很强的自发极化和压电极化效应。极化效应在沿c方向生长的GaN、ZnO外延层中产生高强度的内建电场。此内建电场的存在引发了量子限制STARK效应（QCSE），使能带弯曲，能级位置发生变化，从而导致发光波长发生红移，同时电子和空穴波函数交迭变小致使量子阱发光效率下降。

为了消除极化效应对器件发光效率的影响，最根本方法是生长非极性面的GaN、ZnO薄膜及其异质结构。目前生长高质量的非极性面GaN、ZnO材料正成为国际上宽禁带半导体领域的研究热点之一，美国、日本、欧洲等多个研究小组在从事这一领域的研究。

武汉光电国家实验室先进半导体材料与器件研究团队报道采用表面迁移增强型的脉冲原子层外延生长技术（PALE:PulsedAtomic Layer Epitaxy）、AlGaN缓冲层、图形衬底横向外延等优化方法在r-Al2O3 衬底上成功制备出了高质量的、表面平整的非极性a 面GaN 薄膜，其（1120）面XRD（X-ray DiffractiON）的ω 扫描半高宽仅为0.18°（648 弧秒），这比目前TDI 公司生产的a 面GaN单晶模板（XRD 的ω 扫描半高宽：800弧秒）的晶体质量还要好。

该研究团队在此较高质量a面GaN材料基础上，进一步研究并首次报道了在非极性面a-GaN/r-Al2O3模板上生长较高质量非极性a面ZnO薄膜。这些非极性面GaN、ZnO外延材料生长与器件制备的研究，是针对目前沿传统c面生长的GaN、ZnO 基发光材料与器件发展过程中所面临的诸多关键问题，而提出的新型研究思路和解决方案。

以上研究工作的获得为实现非极性面的GaN、ZnO基发光器件进行了有益的探索并奠定了基础。相关研究结果发表在AppliedPhysics Letters（SCI,A类），Journal ofAlloys and Compounds （SCI,A类）、J. Electronic Materials （SCI ,A类）、Journal of Vacuum Science and TECHNOLOGY B（A类）、Applied PhysicsExpress （SCI）、Thin Solid Films （SCI ,A 类）等杂志上。