近年来，宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和迁移率高及抗辐射能力强等优越性能，可以满足功率器件对耐高温、高功率、高电压的要求，也可以满足射频器件对高频以及抗辐射等恶劣条件的要求。因此，在5G通讯、军事、新能源汽车、光伏等国家高新技术产业具有非常重要的应用。

 半导体材料的产业链，包括单晶生长、衬底加工、薄膜外延、器件制备和封装应用。本研究室重点突破以碳化硅和氧化镓为代表的宽禁带半导体的生长、加工、外延及成套装备，解决一系列宽禁带半导体领域的“卡脖子”技术难题，研究方向如下：

一、碳化硅单晶生长

采用物理气相传输法（PVT）开展大尺寸（4/6/8英寸）高纯半绝缘和导电型碳化硅单晶生长试验，严格控制多型比例、微管和位错密度、结晶质量、碳包裹体和电阻率等缺陷控制技术指标，研究掺杂调控以提高n型和p型掺杂效率，提升增大单晶尺寸、增加晶锭长度、提高生长效率和原材料利用率等技术水平，研发生产出具有行业领先水平的高质量碳化硅晶锭。

二、碳化硅晶圆加工

优化加工流程中的切片、研磨、抛光、清洗等工序的工艺水平，降低加工过程中引入的缺陷和表面污染，优化晶圆片应力分布，保障面型参数达到行业领先水平，满足外延需求，开发低损耗、高效率、环保晶圆加工技术。

三、碳化硅基外延薄膜生长

开展碳化硅基同质（碳化硅）和异质（金刚石）外延层结构、掺杂设计、缺陷控制和晶圆尺寸等方面的研究，控制外延层应力和缺陷，优化外延层表面形貌，研发碳化硅基同质外延的功率芯片和碳化硅异质外延的射频芯片。

  薄膜外延原理和结构设计

四、氧化镓单晶生长和加工

采用提拉法等熔体生长法，通过模拟计算优化晶体生长技术及热场，生长不同尺寸半绝缘氧化镓（β-Ga₂O₃）单晶，开展晶体加工工艺研究，严格控制XRD摇摆曲线半峰宽、缺陷密度、表面粗糙度等指标，研发生产高质量氧化镓单晶衬底。

五、碳化硅和氧化镓中的杂质和缺陷

设计杂质复合调控衬底的电阻率，明确位错基本性质，优化单晶生长过程中的热场分布、掺杂剂杂质分布和应力分布等方式，以降低位错密度和消除微管，进而生长高质量碳化硅和氧化镓单晶。

SiC衬底中穿透型螺位错（TSD）、穿透型刃位错（TED）及基平面位错（BPD）的形貌图

六、半导体材料模拟计算

基于热场仿真模拟的结果，改进热场结构和生长工艺参数，抑制生长过程中多型体和微管的产生，改善晶体内应力分布，为提高晶体质量提供理论参考。

热场模拟仿真

通过结合载流子、声子及缺陷的相互作用动力学模拟与第一性原理计算，研究半导体晶体材料的电、热、力学性能及相应微观物理机制，为优化半导体材料物理性质提供理论支持。

第一性原理计算