宽带隙氧化物单晶薄膜的制备与性质：
在多种单晶衬底上成功地异质外延出TiO2（锐钛矿、板钛矿和金红石结构）、SnO2（金红石和铌铁矿结构）、β-Ga2O3、In2O3、γ-Al2O3等单晶薄膜，研究了薄膜的晶格结构和生长机制，确定了薄膜与衬底的外延关系。在多种单晶衬底上成功地异质外延出TiO2:Nb(Ta)、SnO2: Ta (Nb)、β-Ga2O3:Sn等不同元素掺杂的单晶薄膜，实现了对薄膜电学性能的有效调控，并研究了相关的掺杂机理和输运机制。研究了制备单晶薄膜的光学性质和光致发光特性，并分析发光机理。基于a-TiO2薄膜制备出了性能良好的MSM型紫外光电探测器和薄膜晶体管。
图（a）在GaN衬底上外延生长的锐钛矿TiO2单晶薄膜；
(b) 在MgAl2O4衬底上外延生长的β-Ga2O3单晶薄膜，插图为界面选区电子衍射花样。
GaN基发光二极管（LED）
高亮度InGaN基蓝光LED已经被广泛地应用于照明和显示等领域。然而，由于In的易挥发性以及InN和GaN之间的低互溶度等原因，高效InGaN基绿、红光LED的制备一直是该领域丞待解决的难题。本研究室拟在传统InGaN基蓝光LED结构的基础上，通过能带工程/应力调控，即通过导入准超晶格InGaN/GaN下置层作为有源区应力释放层、AlGaN插入层作为阱/垒界面的应力补偿层、低温p-GaN缓冲层作为空穴注入层（兼具调整能带图形）等结构来制备InGaN基绿、红光LED。通过多种光谱测量（光致发光、电致发光、时间分辨等）和结构质量表征（AFM、XRD、Raman、TEM等），来调查结构参数和生长工艺对缺陷密度、应力、辐射波长（In并入率）和发光效率等的影响规律，从而阐明载流子的注入（产生）、传输、复合发光过程的内部物理机制，并最终探索出制备高效InGaN基红光LED的最佳结构参数和生长工艺。本研究室已发表Appl. Phys. Lett.、J. Appl. Phys.、Opt. Express、Sci. Rep.、Appl. Surf. Sci. 等多篇期刊论文。
GaN基光学器件研究
GaN 是第三代半导体材料的杰出代表，其在发光二极管、激光器、探测器等领域应用市场巨大；要想实现这些器件的高效率，可在衬底与器件之间植入一层高反射率的分布布拉格反射镜（DBR）。目前，已经尝试过AlInN/GaN、AlN/GaN和AlGaN/GaN等多周期DBR结构。但由于两种材料间（例如：AlInN和GaN）存在较小的折射差，因此上述材料所制备的DBR要达到95%的反射率所需要的周期数要高达20-40。 此外，两种材料之间还存在一定的晶格失配性，这会严重影响在其上所生长器件的高效率。最近，课题组采用电化学刻蚀技术成功地制备出GaN /纳米多孔GaN近紫外-可见光-近红外DBR反射镜，该DBR反射镜具有反射率高（>95%）、反射阻带宽（>80 nm）、面积大（>2 inch）、制备工艺简单等优点。若在其生长无机和有机发光材料，可制备出高效发光器件。例如，课题组采用MOCVD技术成功制备具有DBR结构的InGaN基发光二极管。与参比InGaN基发光二极管（LED）相比，所制备LED的发光效率被提高了3-4倍，荧光寿命被增加了4倍以上。在此方面，研究室已发表 Photonics Research、Scripta Materialia, Journal of Alloys and Compounds等多篇期刊论文。
具有分布布拉格反射镜的InGaN基发光二极管：（a）可反射山大Logo的DBR镜； （b）具有DBR镜的LED的切面SEM图像；（c）LED的PL谱；（d）LED荧光寿命谱。
