在非常规衬底上制备III族氮化物单晶薄膜的方法和相关机理研究

III族氮化物半导体材料具有优异的光电性能，可广泛用于多种光电器件的制造。目前氮化物器件一般生长在蓝宝石衬底上。该技术存在两个严峻的问题。一方面，蓝宝石价格昂贵，使得氮化物器件生产成本高昂。另一方面，蓝宝石热导率低，不利于开发高功率氮化物器件。针对这些问题，本项目将采用廉价且具有高热导率的Si单晶和金属作为衬底，应用脉冲激光沉积法前驱物动能高、扩散迁移能力强的原理，在低温下生长高质量氮化物单晶薄膜。通过分析不同生长条件下氮化物薄膜的微观结构特别是界面反应和缺陷形成，建立氮化物单晶薄膜在Si及金属等非常规衬底上的可控合成、结构调控与生长模式之间的内在规律；对比不同薄膜的光电性能，确立脉冲激光沉积法在非常规衬底上生长氮化物单晶薄膜的最佳方案。进而在单晶Si及金属上试制高功率氮化物发光器件；沉积"金属-AlN单晶-金属"的三明治结构，试制可精确控制工作频率的高性能薄膜腔声谐振器滤波器。

III族氮化物半导体材料具有优异的光电性能，可广泛用于多种光电器件的制造。目前氮化物器件一般生长在蓝宝石衬底上。该技术存在几个严峻的问题。一方面，蓝宝石与氮化物之间的晶格失配度大，导致所生长的氮化物缺陷密度高。另一方面，蓝宝石热导率低，不利于开发高功率氮化物器件。针对这些问题，本项目采用了一系列非常规衬底如Si、金属、LGO、LSAT等来外延生长氮化物。这些衬底与氮化物之间晶格失配度小、廉价、热导率高，从而可以克服蓝宝石所面临的问题。.为克服这些非常规衬底在高温外延条件下物理化学性质不稳定、容易与外延薄膜发生界面反应的现象，项目采用低温外延方法进行外延生长。主要取得了以下一些成果：.（1）通过分析不同低温外延生长条件下氮化物薄膜的微观结构特别是界面反应和缺陷形成，建立了氮化物单晶薄膜在非常规衬底上的可控合成、结构调控与生长模式之间的内在规律。.（2）采用低温外延生长工艺，控制了III氮化物单晶薄膜与不同活泼衬底之间的界面反应，实现了高质量III族氮化物薄膜在不同活泼衬底上的外延生长。.（3）在此基础上，试制出了基于非常规衬底上的高性能LED原型器件。.通过执行本项目，我们发表了14篇高水平SCI论文，其中包括影响因子IF>6的一区封面/封底论文2篇，IF>3的二区论文6篇；申请专利23项，授权10项；还有一本专著正在出版中（科学出版社）。.总之，项目圆满完成了既定目标。