近日，我院研究人员在图形化蓝宝石衬底上发展了一种结合溅射AlN缓冲层和生长模式调控的新型技术路线，成功开发出高质量的GaN薄膜材料，其位错密度比传统技术路线降低一个量级。该进展为进一步研发高性能GaN基器件奠定基础。
图为图形化蓝宝石衬底上采用磁控溅射AlN生长GaN的形貌演化过程：生长前，采用磁控溅射AlN缓冲层提供了均匀的表面coating；在生长过程中，通过生长模式调控保证来自不同区域的GaN合拢时具有相近的晶面取向，保证表面平整度。
图为GaN外延层中晶体质量的演化过程：通过磁控溅射AlN缓冲层抑制锥形区域的GaN成核，减少位错产生渠道；通过生长模式调控促进已有位错进行90弯曲，从而减少贯穿到上层的位错密度。最终，(002)和(102)面X射线摇摆曲线半宽为140和119 arcsec，对应位错密度为4.6 × 107 cm-2，比传统方法降低约一个量级，展现出良好的光学质量。
图为采用高质量GaN制备的375 nm UVA LED原型器件特性：可以看出外延层中位错密度非常低；同时，杂质也可以得到很好的控制；另外，通过应变工程成功解决了表面开裂的问题。最终，在500 mA注入电流下器件的输出功率达到116 mW (chip on wafer)。
该工作部分结果以“High-quality GaN epilayers achieved by facet-controlled epitaxial lateral overgrowth on sputtered AlN/PSS templates”为题发表于国际顶级期刊ACS applied materials & interfaces (SCI工程技术类一区，2016年影响因子7.504) ，【链接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b14801】。省半导体院何晨光博士为论文第一作者，陈志涛博士为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学青年基金、广东省科学院创新驱动发展能力建设专项、广东省科技计划、广州市珠江科技新星等项目的资助。
