第三代半导体（III族氮化物）材料与器件
半导体材料包括第一代半导体（硅材料及集成电路）、第二代半导体（GaAs、InP材料及信息产业）、第三代半导体（GaN、SiC材料及固态照明、电子电力、微波射频产业）等。半导体产业是体现一国科技实力的重要标志，是衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志，在保障国家安全和经济发展等方面发挥着重要的作用。尤其是以GaN, AlN，SiC等材料为主的第三代半导体，在汽车芯片、智能电网、固态照明、5G通讯模组等应用领域具有重要意义。
1、高效率紫外LED及激光器
基于蓝宝石衬底斜切角的调控和MOCVD外延优化，实现了紫外LED内量子效率大于90%的领域先进水平；深入研究衬底斜切角及图形化结晶层对于紫外LED载流子局域化的影响机制，证明了AlGaN DUV-LED的铝镓相分离方法，并用于提升器件外量子效率；利用光子晶体、等离子基元等新型结构提升器件效率，提出光子晶体尺寸与发光波长之间的“匹配关系”，利于指导紫外光电器件的设计和制备。在紫外激光器的开发中，重点探索边发射激光器、微米尺寸微腔谐振廊（WGM）激光器等，相关固态紫外光源器件有望替代传统含汞紫外光源，实现在杀菌消毒、保密通讯及生物检测等领域的广泛应用。
2、三族氮化物极性调控及能带工程
次制备了基于蓝宝石衬底的横向极性结构紫外MQW，证明了利用极性调控提升紫外MQW发光效率的新途径，与金属极性相比，氮极性畴发光效率提升6倍，科研成果被国际知名化合物半导体媒体Compound Semiconductor报道；此外，基于极性调控制备了横向极性结构肖特基二极管，利用不同极性的特性降低了二极管正向导通电阻，并提升了二极管的整流比，扩展了极性调控在电子电力器件中的应用；工作中提出“三维能带理论”，有望成为第三代半导体光电子、电力电子器件设计的理论工具；利用横向极性结构内建电场制备自驱动紫外探测器，响应度超过900 mA/W，紫外/可见比大于1.2×104；基于极性调控实现对AlGaN/GaN 二维电子气的选择性耗尽，降低了高电子迁移率晶体管（HEMT）器件的关态漏电流，为新型电子器件的单片集成提供了新的方法。
3、AlGaN基深紫外LED轨道耦合工程调控
建立了基于轨道耦合的量子限域机制，成功揭示了价带顶CH带反常量子限域的产生原因；基于第一性原理计算，理论预测通过轨道耦合调控，增强量子阱的量子限域势垒，可显著提升辐射跃迁几率，提高内量子效率；实验上通过MOVPE高质量外延，调控轨道与量子阱之间的取向关系，对量子限域势垒的精细调控，以提升固态紫外光源的发光效率。
4、半导体器件电极设计开发
针对紫外LED，特别是发光波长280nm以下的UVC-LED光子提取效率低、电极欧姆接触性能差等瓶颈问题，制备铝基高反射率金属电极以及氧化物/金属复合电极，通过薄膜结构优化和费米能调控，实现了紫外LED电极的欧姆接触和反射率的平衡，紫外LED采用铝基电极与普通NiAu电极相比，外量子效率提高2倍。基于氧化物/金属复合电极的紫外LED 280 nm 反射率>90%；开发纳米多孔电极，从而避免平面Ni/Au电极对紫外光的吸收，提高器件出光效率80%以上。
