1、GaN基半導體作為光電子材料領域極為重要的材料，其異質結構在器件開發(fā)領域得到十分廣泛的應用，目前，影響其未來發(fā)展的有幾大關鍵性難題，本質上都與應力場有關，深受大家關注且亟待解決。本論文通過實驗研究和計算模擬，全面深入地考察了GaN基半導體異質結構中應力場的相關效應，分析其復雜性質、闡明其物理機制，進而討論這些效應對GaN基半導體電學和光學性質的作用。在基礎研究手段上，我們利用金屬有機物化學汽相外延技術制備GaN基異質結構，如側向外延Ga

2、N和AlGaN／GaN系統(tǒng)的異質結構；采用包括電子顯微鏡、俄歇電子能譜、陰極熒光光譜等技術，表征異質結構的各項化學、物理性質。首先提出了電子信息的思想和“俄歇譜廣義位移”概念，結合以密度泛函理論為基礎的第一性原理計算方法，重點開發(fā)了微納米區(qū)域的應力場、電學量測量技術，對微觀表征技術的發(fā)展起重要的推動作用?；谏鲜鍪侄危覀冡槍σ韵聨追矫骊P鍵物理問題進行研究并取得重要結果： 在GaN中應力場和發(fā)光性質的研究方面，通過對側向外延Ga

3、N的應力分布測量，發(fā)現(xiàn)雙軸應力釋放的關鍵機制和區(qū)域，通過對穿透位錯的拐彎、攀移等行為的分析發(fā)現(xiàn)雙軸應力場可轉變?yōu)榭v向應力場，并帶來帶邊發(fā)光增強的效應，從而提高了紫外發(fā)光強度；同時，集體有序拐彎的位錯線所形成的橫向位錯陣列，對極化場造成密集的碎斷作用，減小電子空穴的離化，增加了發(fā)光復合幾率，進一步促進GaN發(fā)光效率的提高。 在GaN／A1GaN／GaN異質結構的壓電極化效應的研究方面，通過測量界面層區(qū)的化學和電學性質，發(fā)現(xiàn)Al與G

4、a在界面互擴散形成了一定寬度的界面組分緩變層區(qū)，在此層區(qū)內，因極化效應作用形成了局域的二維電荷薄層。通過對局域電場的測量，重建了異質結能帶結構，表明能帶彎曲所形成的界面勢谷對二維電荷薄層起到限制的作用。通過第一性原理計算AlGaN／GaN異質結構的幾何和電子結構，得到極化場作用下的彎曲能帶結構，與實驗結果很好的吻合，并發(fā)現(xiàn)了價帶、導帶彎曲的不一致性，預測了AlGaN／GaN量子阱的短波發(fā)光器件開發(fā)的切實可行性。 在應力場控制下的

5、AlGaN體系異質界面相變的研究方面，通過計算發(fā)現(xiàn)，在GaN基底層上，薄膜相變存在臨界厚度，且高Al組分有利于相變的發(fā)生：對電子結構的詳細分析說明，Al-N鍵的共價化及其次近鄰鍵相互作用對從釬鋅礦結構到閃鋅礦結構的相變起到關鍵的作用。相變的發(fā)生帶來極化場效應的減小，從而改變了AlGaN薄膜的電子結構和光電子性質。通過對AlGaN/GaN異質結構樣品的實驗觀察發(fā)現(xiàn)，界面存在AlN偏析薄層并呈現(xiàn)閃鋅礦結構相，很好的佐證了理論的預測。另一方面