宽禁带半导体材料、物理与器件
1. 氮化物宽禁带半导体材料的大失配异质外延生长，
2. 氮化物宽禁带半导体缺陷物理和缺陷工程，
3. 氮化物宽禁带半导体电子器件和深紫外发光器件。
宽禁带半导体在高科技产业和国防军工等领域有重大应用，被美国DARPA列为十大颠覆性高科技领域之一。沈波自1995年以来专注氮化物宽禁带半导体(又称GaN基) 材料、物理和器件研究30年，在氮化物半导体及其量子结构的大失配异质外延生长、强极化/高能带阶跃氮化物半导体二维电子气输运性质、氮化物半导体缺陷物理和缺陷控制、GaN基功率和射频电子器件、AlGaN基深紫外发光器件等方面取得了一系列具有一定国际影响的研究成果，做出了系统性和引领性贡献。
沈波先后主持和作为核心成员参加国家973计划项目，国家863计划项目，国家重点研发计划项目，国家自然科学基金重大/重点项目、重大仪器项目，教育部、北京市、广东省重大/重点项目，以及军工项目等20多项纵向科研项目，迄今发表学术论文400多篇，含第一或通讯作者论文160多篇，包括Nature Mat.、Nature Commun.、PRL、Adv. Mat.、Nano Lett.、IEDM (半导体电子器件领域国际顶尖会议) 论文30多篇，SCI他引6500多次，在国际学术会议上做邀请报告20多次，含大会邀请报告6次，编著中英文专著4部。获得/申请国家发明专利80多件，其中10多件实现了有偿转让，先后与华为、京东方、华润微电子、北方华创、广东光大集团、中国电子彩虹集团、中国电科55所/13所等开展了一系列科研合作，承担了10多向横向科研项目，部分成果实现了产业化或国防应用，产生了显著的经济和社会效益。先后获国家技术发明二等奖、国家自然科学二等奖、江苏省科技进步一等奖和教育部科技进步一等奖，以及2023年度“中国半导体十大研究进展”和2024年度“中国第三代半导体技术十大进展”。
1、氮化物宽禁带半导体材料：发明多种氮化物半导体大失配异质外延方法，研制出多种质量指标国际领先的氮化物半导体外延薄膜及其量子结构，发表了多篇Nature Mat.、Adv. Mat.等外延生长高水平论文，并推广应用，引领了我国氮化物宽禁带半导体电子材料外延技术进步。
2、氮化物宽禁带半导体材料物理：揭示了GaN基异质结构中二维电子气量子输运规律，解析了位错攀移模式和碳杂质局域振动模，为材料和器件研制提供了科学依据，发表了多篇PRL、Nano Lett.等材料物理高水平论文，引领了我国氮化物宽禁带半导体材料物理学发展。
3、氮化物宽禁带半导体器件：实现了垂直注入AlGaN基深紫外发光器件的4英寸晶圆级制备，研制出国际上首只650 V硅衬底上GaN基功率集成电路和国际上品质因素最高的10 kV耐压GaN基增强型功率电子器件，发表了多篇IEDM、EDL等器件研制高水平论文，并推广应用，产生了显著的国际影响。
4、GaN基射频电子器件是相控阵雷达的核心芯片，属国家安全重大需求。沈波在实现高质量GaN基异质结构外延基础上，与中国电科55所合作，攻克了一系列技术难题，2002年研制出我国第一只具有微波输出特性的GaN基射频器件。在此基础上55所推进工程化研发和量产，相关芯片先后应用于战略导弹防御雷达、先进战机和预警机、新型驱逐舰等，满足了我国新一代武器系统对高性能射频芯片的迫切需求。中国电科55所评价到：“沈波教授与陈堂胜研究员(55所)的合作成果为我国GaN基微波功率器件及其大规模国防应用做出了开创性和基础性贡献”。
5、沈波带领北大团队先后把相关成果应用于华为、京东方、华润微电子、北方华创、合肥彩虹蓝光、广东中图半导体、江苏暖阳半导体等公司，从技术上引导和支撑了合作企业新产品开发，显著提升了合作企业的新产品开发能力和市场竞争力，为合作企业培养了一批高水平研发工程师。部分合作企业开发的多个新产品实现了规模化市场销售，产生了显著的经济和社会效益。
6、沈波带领的北京大学宽禁带半导体研究团队有5人成长为长江学者、杰青，另有优青、海外优青5人，是国际上知名的宽禁带半导体研究团队。他迄今培养了数10位博士，多人成长为北大、科大、南大等知名大学教授和华为、京东方等龙头企业核心骨干。他先后10多年担任科技部材料领域重点研发计划第三代半导体方向专家组组长、863计划新材料领域“第三代半导体”重点专项总体专家组组长，为我国宽禁带半导体的科技进步和产业发展做出了重要贡献。
代表性论文目录（20篇）：
1. J.M.Wang, N.Xie, F.J.Xu*, L.S.Zhang, J.Lang, X.N.Kang, Z.X.Qin, X.L.Yang, N.Tang, X.Q.Wang, W.K.Ge, and B.Shen*, Group-III nitride heteroepitaxial films approaching bulk-class quality, Nature Materials, 22, 853 (2023)
2. J.M.Wang, C.Ji, J.Lang, F.J.Xu*, L.Zhang, X.N.Kang, Z.X.Qin, X.L.Yang, N.Tang, X.Q.Wang, W.K.Ge, and Shen,B*. Wafer-scale vertical injection III-nitride deep-ultraviolet light emitters. Nature Communications, 15, 9398 (2024)
3. H.Yang, X.R.Han, X.L.Yang*, Y.M.Song, B.L.Chen, Z.H.Chen, G.X.Ju, F.J.Xu, N.Tang, T.J.Yu, X.Q.Wang, W.K.Ge, B.Huang*, and B.Shen*, Atomistic Understanding of Dislocation Climb in Nitride Semiconductors: Role of Asymmetric Jogs, Physical Review Letters, 134 (5), 056102 (2025)
4. L.Fu, Y.Q.Hu, N.Ning*, J.X.Duan*, X.H.Jia, H.Y.Yang, Z.X.Li, XY.Han, G.P.Li, J.M.Lu, L.Dai, W.K.Ge, Y.G.Yao, and B.Shen*, Indirect Band Nature of Atomically Thin Hexagonal Boron Nitride Identified by Resonant Excitation in the Deep Ultraviolet Regime, Physical Review Letters, 135, 046903 (2025)
5. S.Wu, X.L.Yang*, H.S.Zhang, L.Shi, Q.Zhang, Q.Y.Shang, Z.M.Qi, Y.Xu, J.Zhang, N.Tang, X.Q.Wang, W.K.Ge, K.Xu and B.Shen*, Unambiguous Identification of Carbon Location on the N Site in Semi-insulating GaN, Physical Review Letters, 121(14), 145505 (2018)
6. X.W.He, B.Shen*, Y.H.Chen*, Q.Zhang, K.Han, C.M.Yin, N.Tang, F.J.Xu, C.G.Tang, Z.J.Yang, Z.X.Qin, G.Y.Zhang and Z.G.Wang, Anomalous photogalvanic effect of circularly polarized light incident on the two-dimensional electron gas in AlGaN/GaN heterostructures at room temperature, Physical Review Letters, 101(14), 147402 (2008)
7. Z.Y.Zhang, J.M.Wang*, F.J.Xu*, L.S.Zhang, J.Lang, C.Z.Ji, J.C.Zhang, X.N.Kang, Z.X.Qin, G.X.Ju, X.L.Yang, N.Tang, X.Q.Wang, W.K.Ge, and B.Shen*, Stacking III-Nitride Ultraviolet-B Light Emitters with High Efficiency via a Lattice-Engineered Architecture, Advanced Materials, 37, 2508380 (2025)
8. X.Rong, X.Q.Wang*, S.V.Ivanov, X.H.Jiang, G.Chen, P.Wang, W.Y.Wang, C.G.He, T.Wang, T.Schulz, M.Albrecht, P.Jin, F.J.Xu, X.L.Yang, Z.X.Qin, W.K.Ge, J.J.Shi and B.Shen*, High-Output-Power Ultraviolet Light Source from Quasi-2D GaN Quantum Structure, Advanced Materials, 28(36), 7978 (2016)
9. X.C.Liu, N.Tang*, S.X.Zhang, X.Y.Zhang, H.M.Guan, Y.F.Zhang, X.Qian, Y.Ji, W.K.Ge and B.Shen*, Effective Manipulation of Spin Dynamics by Polarization Electric Field in InGaN/GaN Quantum Wells at Room Temperature, Advanced Science, 7(13), 1903400 (2020)
10. T.Wang, X.Q.Wang*, Z.Y.Chen, X.X.Sun, P.Wang, X.T.Zheng, X.Rong, L.Y.Yang, W.W.Guo, D.Wang, X.L.Yang, F.J.Xu, W.K.Ge, X.X.Zhang* and B.Shen*, High-Mobility Two-Dimensional Electron Gas at InGaN/InN Heterointerface Grown by Molecular Beam Epitaxy, Advanced Science, 5(9), 1800844 (2018)
11. J.M.Wang, M.X.Wang, F.J.Xu*, B.Y.Liu, J.Lang, N.Zhang, X.N. Kang, Z.X.Qin, X.L.Yang, X.Q.Wang, W.K.Ge and B.Shen*, Sub-nanometer ultrathin epitaxy of AlGaN and its application in efficient doping, Light-Science & Applications, 11(1), 71 (2022)
12. P.Wang, Y.Yuan, C.Zhao, X.Q.Wang*, X.T.Zheng, X.Rong, T.Wang, B.W.Sheng, Y.Q.Zhang, L.F.Bian, X.L.Yang, F.J.Xu, Z.X.Qin, X.Z.Li, X.X.Zhang*, and B.Shen*, Lattice-Polarity-Driven Epitaxy of Hexagonal Semiconductor Nanowires, Nano Letters, 16(2), 1328 (2016)
13. S.Zhang, N.Tang*, W.F.Jin, J.X.Duan, X.W.He, X.Rong, C.G.He, L.S.Zhang, X.D.Qin, L.Dai, Y.H.Chen, W.K.Ge and B.Shen*, Generation of Rashba Spin-Orbit Coupling in CdSe Nanowire by Ionic Liquid Gate, Nano Letters, 15(2), 1152 (2015)
14. C.M.Yin, H.T.Yuan, X.Q.Wang*, S.T.Liu, S.Zhang, N.Tang, F.J.Xu, Z.Y.Chen, H.Shimotani, Y.Iwasa, Y.H.Chen, W.K.Ge and B.Shen*, Tunable Surface Electron Spin Splitting with Electric Double-Layer Transistors Based on InN, Nano Letters, 13(5), 2024 (2013)
15. F.C.Lu, N.Tang*, S.Y.Huang, M.Larsson, I.Maximov, M.Graczyk, J.X.Duan, S.D.Liu, W.K.Ge, F.J.Xu and B.Shen*, Enhanced Anisotropic Effective g Factors of an Al10.25Ga0.75N/GaN Heterostructure Based Quantum Point Contact, Nano Letters, 13(10), 4654 (2013)
16. T.Li, J.Wei*, M.Zhang, J.J.Yu, Y.H.Lao, S.H.Liu, M.Zhong, J.W.Cui, J.J.Yang, H.Yang, X.L.Yang, Z.Y.Zheng, M.J.Wang, K.J.Chen, B.Shen*, Polarization enhanced GaN complementary logic circuits with short propagation delay, Proceeding of International Electron Devices Meeting (IEDM), Session 16-1, (San Francisco, USA, 2024)
17. J.J.Yang, J.J.Yu, S.H.Liu, H.Chang, Y.H.Lao, H.Yang, T.Li, X.LYang, J.Y.Wang, X.S.Liu, Y.Wang, M.J.Wang, B.Shen*, and J.Wei*, 10-kVE-mode GaN lateral superjunction transistor, Proceeding of International Electron Devices Meeting (IEDM), Session 25-4, (San Francisco, USA, 2024)
18. J.W.Cui, J.Wei*, M.J.Wang*, Y.L.Wu, J.J.Yang, T.Li, J.J.Yu, H.Yang, X.L.Yang, J.Y.Wang, X.S.Liu, D.Ueda, and B.Shen*, 6500-V E-mode active-passivation p-GaN gate HEMT with ultralow dynamic RON, Proceeding of International Electron Devices Meeting (IEDM), Session 26-1, (San Francisco, USA, 2023)
19. J.J.Yang, J.Wei*, M.J.Wang*, M.Q.Nuo, H.Yang, T.Li, J.J.Yu, X.L.Yang, Y.L.Hao, J.Y.Wang, B.Shen*, 650-V GaN-on-Si Power Integration Platform Using Virtual-Body p-GaN Gate HEMT to Screen Substrate-Induced Crosstalk, Proceeding of International Electron Devices Meeting (IEDM), Session 9-6, (San Francisco, USA, 2023)
20. J.J.Yang, J.Wei*, M.J.Wang*, T.Li, J.J.Yu, X.L.Yang, J.Y.Wang, Y.L.Hao, and B.Shen*, Simultaneously Achieving Large Gate Swing and Enhanced Threshold Voltaoge Stability in Metal/Insulator/p-GaN Gate HEMT, Proceeding of International Electron Devices Meeting (IEDM), Session 9-4, (San Francisco, USA, 2023)