界面原子行为对三维GaN基结构生长和光电性能的影响

The following research about the influence of interfacial atom behaviors including diffusion and bond on growth and photoelectric properties of GaN based 3D epitaxial structure will be carried out in this project: 1) According to the basic properties of interfacial atoms, such as condensed atoms，group of atoms, atom diffusion and bond behaviors during interface formation, interfacial structure, epitaxial structure and preparation processes will be designed; 2) Using selective epitaxial growth MOCVD technology, GaN based micro/nanorod arrays will be prepared. The influence of epitaxy technique on the interfacial structure and GaN based 3D micro/nanorod arrays will be studied; 3) The interfacial structure and composition will be characterized by HTTEM and HRXRD；4）The effect of interfacial (surface) structure in GaN based 3D core-shell LED including chemical composition, electronic structure and defects on photoelectric properties will be investigated, in order to obtain the theoretical basis and experimental data for GaN based 3D core-shell LED with high performance.

本项目围绕界面原子结合、扩散等行为对三维GaN基外延结构的生长，乃至光电性能影响的关键问题开展：1）根据界面原子结合的基本性质，如：原子凝聚、原子团和界面形成过程中的原子结合和扩散等行为，理论模拟设计界面结构、外延结构及其制备工艺；2）采用MOCVD选择性外延生长技术制备GaN基微/纳米棒阵列，系统研究外延工艺对界面结构和三维GaN基微/纳米阵列的影响；3）通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和高分辨X射线衍射(HRXRD)等测试技术对界面结构、成分进行表征；4）研究三维GaN基核-壳LED外延结构中的界面（表面）结构，包括化学成分、原子结构、电子结构和缺陷等对其光电性能的影响规律，为获得高性能的三维GaN基核-壳LED外延结构提供理论依据和实验数据。

LED作为第三代光源，具有节能、环保、寿命长、稳定性高、体积小等优点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源和固态照明等领域。自中村修二成功制备了宽禁带GaN基半导体材料之后，具有商业应用价值的蓝光LED获得实现，LED在光效提升和成本降低方面取得了飞速的发展。但LED仍有一些问题需要进一步解决和完善，本项目从形核层生长、界面演变的角度分析了在不同形核层厚度下GaN中位错的产生、演变和消亡，揭示了形核层厚度对GaN晶体质量的影响规律；其次利用聚焦离子束(FIB)刻蚀技术制备了纳米柱3D LED、条形和方形3D LED芯片。研究了3D LED的光电性能，采用3D-FDTD算法分析了光导模在3D阵列中的耦合传输模式，阐述了3D阵列提高LED光提取效率的机制；第三研究了阱层厚度、量子阱中势阱层的生长速率、GaN低温盖层厚度，以及GaN低温盖层生长过程中通入小流量H2对InGaN/GaN多量子阱结构光学性质以及微观性能的影响；第四分析了原位沉积氮化硅（SiNx）插入层生不同沉积时间和不同沉积位置对GaN晶体微观结构与形貌的影响，并提出了一种调控机制模型；第五成功生长了类金字塔状GaN微米锥，详细研究了温度、时间、V/III比和压力等条件对其形貌的影响，获得了类金字塔状InGaN/GaN微米锥LED结构，详细研究了其发光性能及机理，实现了全彩发光。为获得高性能的三维GaN基核-壳LED外延结构提供理论依据和实验数据。