AlN半导体中的极化场及其对光学性质的影响研究

强极化场效应是III族氮化物半导体中普遍存在的一个重要现象，在AlN中表现更为突出。因此弄清楚AlN中极化场及其相关效应是AlN半导体材料与器件加快应用进程的关键问题之一。本项目将主要研究AlN外延膜中常见的扩展型位错缺陷和AlGaN/AlN,GaN/AlN等异质结构对AlN中极化场的影响；以及极化场对AlN光学性质，特别是对发光效率的影响；进一步探索通过缺陷及异质结构设计来调控极化场以提高AlN光学器件性能的可行性方案。研究手段采用实验测量和理论模拟计算相结合的方式。本项目属于应用基础研究，项目的完成将实现对AlN乃至整个III族氮化物中的极化场问题一个清晰全面的认识，将给出调控和利用极化场的可能途径，对相关材料的生长与器件的设计具有重要的指导和参考作用。因此本项目的研究具有重要学术及应用价值。

本项目以AlN半导体为中心，研究了半导体中的极化效应与缺陷及表面的关系。具体研究了缺陷和杂质对AlN等半导体自发和压电极化的影响，采用Wannier方法对机理进行了深入分析；研究了AlN纳米线电子性质的应力响应，发现压应力会导致电子空穴分离，降低发光效率；发现了一种可以导致AlN纳米线表面极化方向反转的缺陷结构，并预测该结构可以稳定存在；研究了AlN表面与氧的相互作用以及发生氧化后对极化性质的影响；进行了AlN纳米结构的制备及其光谱性质研究。在进行上述研究的过程中与GaN、ZnO等宽禁带半导体进行了横向比较，因此研究结果具有一定的普遍性。研究结果有助于进一步认识宽禁带半导体中的极化问题，以及极化与光学性质之间的关系，为进一步应用开发提供参考和指导。