第一小组

人员构成

研究方向

研究方向一：III族氮化物半导体材料及其器件应用研发

III族氮化物半导体材料作为第三代半导体的典型代表，其禁带宽度从InN的0.7eV到AlN的6.2eV连续可调，覆盖了从红外到紫外的波长范围，是迄今禁带宽度调制范围最宽的半导体体系，并具有击穿电压高、热导率大、电子饱和速率高以及抗辐射能力强等优越特性。因此，成为制备高亮度发光二极管、高功率激光器、高灵敏度光探测器、以及高温大功率电子器件等光电器件不可替代的半导体材料。

本课题组长期致力于III族氮化物半导体材料及其器件应用研发。初期，我们主要开展低In组分InGaN材料和低Al组分AlGaN材料及其器件应用研究，于2004年开发出当时国内最高发光效率的蓝光LED，并成功开发具有自主知识产权的大功率正装蓝光LED芯片，先后与福日科光、三安光电等LED企业联合攻关，完成蓝光LED芯片标准单元及其混合集成瓦级白光LED、倒装LED产业化示范工程开发。

近年来，随着器件向多波段、低功耗、超快响应、超高容量微型化和高集成度方向发展，我们的研究逐渐向高In组分InGaN和高Al组分AlGaN方向展开。取得一系列创新成果：提出非平衡生长新方法，熟练、精确地生长出高质量的AlN薄膜、原子层数可控的高Al组分AlGaN低维量子结构，首次在AlN膜中观察到激子极化激元发射，为超辐射发光打下了基础；攻克应力调控的难关，成功制备了高密度六棱台状GaN/AlN量子点，突破了高Al组分AlGaN材料中强极化场的制约，将紫外发光内量子效率提高到62%；将量子能级间光吸收跃迁与带边激子增强相结合，实现了对深紫外光波段不同波长的窄带光电探测；提出采用超薄应变GaN/AlN超晶格实现带边光学各向异性调控的光学改性方案；在国际上首次提出利用表面等离极化激元（SPP）量子能量转换调控深紫外LED出射光场，提高了出光效率；提出采用新型Mg掺杂的三维AlGaN超晶格替代传统超晶格，成功实现了高Al组分Al_xGa_1-xN半导体的高效率p型掺杂。在上述基础上，成功制备了具有良好电学和发光性能的263-308 nm深紫外LEDs、波长可调的230-266nm深紫外波段窄带光电探测器等光电器件。目前，本研究组与国内著名高校、研究所、企业共同承担国家重大需求为导向的国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项课题多个，国家自然科学基金项目多项。

研究方向二：超细铜纳米线合成及广谱透明导电薄膜研发

随着信息和能源时代的到来，各种新型光电器件得到研发并投入应用，比如平板电视、电子纸（Electronic paper）、智能手机、触摸屏以及有机太阳能电池等等。这些光电子器件上往往都需要运用一层既不阻挡光透过并能使电荷传输的导电薄膜，也就是透明电极。金属纳米线电极被认为是目前性能和价格优势最大的新型先进材料。2013年，我们研究组，提出Ni离子催化的油胺液相合成法，成功合成目前世界上直径最细的Cu纳米线（直径16 nm，平均长度超过40 μm），其光电性能达到透射率93%时的方块电阻为51 Ohm/sq，具有从深紫外到近红外波段（200 nm －3000 nm）保持几乎水平的高透射率，同时首次将透明电极直接应用于GaN蓝光LED芯片，并实现与n、p-GaN导电层的欧姆接触性能。2015年，进一步利用低压CVD技术，成功实现了超细Cu纳米线网络上直接生长包裹3D石墨烯壳层，实现Cu纳米线的强抗氧化性，并将其性能大幅提升至95%时的方块电阻仅为33 Ohm/sq。居世界领先水平。2016年，提出一锅法的核壳结构合金Cu纳米线灵活快速合成方法，可控包裹各种金属及合金壳层，实现纳米线的多功能改性和光电性能调控，完成深紫外LED透明欧姆电极制造、透明LED调光器开发。目前研究课题主要集中于高透光深紫外LED制造、大面积柔性透明触摸屏制造、透明导电智能纺织品、纳米线发光体、记忆体等方向。

研究方向三：二维h-BN薄膜生长及光电器件研发

六方氮化硼（h-BN）为结构类似石墨烯的新型二维材料，除了同样拥有高热导、高机械强度等特性外，它的高热稳定性、强抗氧化性、宽禁带、大激子束缚能等优点，使其成为具有巨大应用和开发潜力热点材料。2015年，我们研究组，首次提出铜箔衬底的发条状无限二维平面圈卷技术，突破了LPCVD反应腔体的有限体积限制，在1英寸直径的腔体内实现了超过25英寸的大卷单原子层h-BN薄膜生长，并完成最大4英寸晶圆片的完整转移覆盖。实现了h-BN薄膜的Mg掺杂，并有效进行p型激活，在3V电压下达到10 μA的表面电流。2016年，提出利用h-BN作为超薄预导向缓冲层，成功获得2英寸蓝宝石衬底上的GaN厚膜再生长，并实现应力释放；成功实现多晶铜衬底上的高度整齐垂直的超长ZnO纳米柱阵列生长，平均直径118 nm，长度达到15 μm，制造并封装了透明柔性的ZnO/h-BN/Cu压电纳米发电机薄膜器件，产生170 mV的电压输出，用于收集人体机械运动能。目前研究课题主要集中于h-BN薄膜的n型掺杂、二维深紫外发光器件、二维超级电容、多样性衬底的预导向晶体外延等方向。