近日，课题组在非平面结构异质结研究中取得重要进展，相关结果以“Defect-control electron transport behavior of gallium nitride/silicon nonplanar-structure heterojunction”为题发表在Journal of Physics D: Applied Physics上，并入选“编辑优选（Editor's Choice）”，博士研究生张炎为第一作者，李新建教授为通讯作者。

  基于GaN优异的光电特性和Si成熟的微纳加工技术，GaN/Si异质结在未来光电子器件及其集成领域具有很好的应用前景。但是，GaN和Si两种半导体之间存在较大的晶格和热失配，在薄膜生长过程中会产生高密度面缺陷和线缺陷，从而导致界面质量和异质结性能的降低。与传统异质结相比，非平面结构异质结可以通过三维应力释放机制减少晶格失配引起的界面问题，有助于提升相关器件的性能和稳定性。

  Si纳米孔柱阵列（Si-NPA）具有三重层次结构特征，即：Si柱的规则阵列结构、纳米多孔结构和组成孔壁的硅纳米晶，同时具有增强的光吸收特性和光致发光特性，是构造硅基纳米光电器件的理想衬底。基于此，研究组以Si-NPA为衬底、采用化学气相沉积法制备了一种具有非平面复杂界面结构的异质结GaN/Si-NPA。相对于具有平面界面结构的GaN/Si异质结，GaN/Si-NPA展现出低的开启电压、小的反向饱和电流密度、大的正向电流密度和高的反向击穿电压，异质结性能显著提升。通过对比研究高温退火前后GaN/Si-NPA电学整流特性的变化和光致发光谱演化，阐明了GaN/Si-NPA电子传输及其性能提升的物理机制。结果表明，对于GaN/Si异质结，线缺陷和面缺陷的存在将影响器件的工作稳定性和使用寿命，而其电学特性将在很大程度上决定于点缺陷的类型（如空位、间隙原子、反位、氧氮替位杂质以及复合缺陷等）和密度。通过引入Si纳米结构构造具有复杂界面结构的非平面异质结，借助于三维应力释放机制缓解GaN和Si之间的界面应力，可以显著降低GaN薄膜中的面缺陷和线缺陷密度；结合高温退火工艺，可以实现对其点缺陷的类型和密度的调控。上述研究对于澄清非平面异质结电学特性的作用机制和规律，进而提升GaN/Si光电器件性能具有重要的科学意义。

该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/ac78a2