无浸润层的氮化铟镓量子点生长机理和物性研究

InGaN量子点材料在能源、信息等领域具有很重要的应用价值，是氮化物材料的重要发展方向，也是目前国内外半导体光电材料研究的热点。目前，InGaN量子点材料主要依靠S-K模式进行自组装生长，这种方式得到的量子点材料含有浸润层结构。浸润层和量子点的耦合使量子点无法表现出纯粹的零维系统特性，限制了量子点器件的性能。本项目拟利用金属有机化学气相沉积和分子束外延两种技术，采用基于In、Ga原子表面自迁移的方案，生长无浸润层的InGaN量子点材料，并对其材料特性和发光特性进行研究。通过本研究拟解决InGaN量子点材料生长中的应力释放机理和控制，以及无浸润层InGaN量子点材料中的载流子输运和复合机理等关键科学问题，实现对不同In组分和量子点密度的无浸润层InGaN量子点材料的可控生长，为高性能量子点光电器件的研制奠定基础。

经过三年的研究，本课题在InGaN量子点材料生长方法、生长机理、发光物性评测和器件应用等方面取得了一系列的进展，制备出形状尺寸合适、密度和发光波长可控的InGaN量子点材料并实现了电致发光。发表学术论文20篇，其中SCI期刊论文17篇。申请发明专利9项，授权4项，课题负责人获得了2011年国家科技进步二等奖，圆满完成预期研究任务。主要学术成果包括：.（1）.阐明了GaN上外延InGaN的应力释放机制，计算了InGaN的临界厚度，从理论上指明了制备InGaN量子点面临的挑战。.（2）.发展了交替通断III族源和V族源的方法，制备了发光波长为364-383 nm的低In组分（In组分约4%）InGaN量子点，光学特性表明其不含浸润层。.（3）.利用生长中断方法制备出绿光、红光高In组分InGaN量子点，突破了多层量子点生长的关键技术，实现了以多层InGaN量子点为有源区的绿光和红光LED电致发光。LED的波长随电流的变化量和同波段半极性面量子阱LED的相当，展示了量子点减小应力抑制极化效应的潜力。