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采用多色LED芯片组合可以提供更优质、更稳定、有良好色温可调性的“智能化”白光光源,是白光照明未来的方向,在显示和可见光通信等领域也具有良好的应用前景。但是InGaN材料难于制成高效绿光LED芯片,形成了“绿隙”现象。在人眼最敏感的深绿波段(540-570 nm)实现“绿隙”的填补,已成为近年来LED界亟待突破的目标之一。因此,高效GaN基绿光LED的制备技术成为了当前的研究热点,具有重要的研究意义和良好的应用前景。本文研究高In组分GaN基LED的金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)外延生长技术,首先研究了InGaN材料的外延生长工艺,比较生长参数对p型InGaN材料In组分和掺杂的影响,研究了高In组分InGaN/GaN多量子阱材料的生长工艺;然后从外延结构的角度出发,对GaN基绿光LED的外延结构进行优化设计,提出了不同的外延结构,以提高GaN基绿光LED的发光效率和输出光功率。主要的研究内容如下:1、对p型InGaN材料和高In组分InGaN/GaN多量子阱材料的外延生长工艺进行研究。在GaN薄膜上外延生长InGaN薄膜,比较了生长温度、TMIn流量、反应室压强等生长参数对p型InGaN的In组分、载流子浓度和迁移率的影响。In组分是影响p型InGaN的空穴浓度和迁移率的主要因素,In组分越高,空穴浓度越高,迁移率越低。相比于固定In组分的p型InGaN,In组分沿生长方向递减的p型InGaN能同时得到较高的空穴浓度和迁移率。对于高In组分的InGaN/GaN多量子阱材料,比较了不同生长温度和厚度的InGaN势阱层的In组分和光致发光(PL)特性。为了提高量子阱中的In组分,并保持较高的量子阱效率,我们提出超薄高In组分量子阱。将InGaN势阱层的厚度从3 nm减薄到1.1 nm,在770℃的生长温度下,生长出In组分达到33.5%的InGaN/GaN多量子阱材料,PL峰值波长超过550 nm,内量子效率为53.8%。2、制作了一种纳米微米复合图形化蓝宝石衬底(NMCPSS),以提高GaN基绿光LED的光萃取效率。以Ni纳米颗粒作为掩模,通过等离子耦合刻蚀(ICP)设备对普通的微米尺寸PSS进行干法刻蚀,可以得到这种NMCPSS,再利用这种NMCPSS作为衬底,生长GaN基绿光LED外延。通过实验和仿真,研究了这种NMCPSS对GaN基LED的输出光功率的影响。相对于PSS上的GaN基绿光LED,NMCPSS上的GaN基绿光LED在20mA下的输出光功率提高了28.6%。实验和仿真结果表明,与传统PSS相比,NMCPSS可以进一步提高GaN基绿光LED的光萃取效率。3、针对InGaN/GaN多量子阱内极化电场强度大的问题,提出了pn结GaN势垒以及In组分和厚度渐变的InGaN/GaN多量子阱结构。通过对GaN势垒层进行p型和n型掺杂,形成pn结GaN势垒以取代传统的非故意掺杂GaN势垒。测试结果表明,具有pn结GaN势垒的GaN基绿光LED,输出光功率相对于普通GaN基绿光LED提高了20.2%,峰值波长从521.8 nm下降为505.9 nm。仿真结果表明,pn结GaN势垒能够有效地减弱InGaN量子阱中的静电场强度,提高电子空穴波函数的重叠,提高辐射复合效率,从而提升GaN基绿光LED的光电性能。此外,pn结GaN势垒可以降低GaN基LED的电容,有利于GaN基LED在可见光通信中的应用。在In组分和厚度渐变的InGaN/GaN多量子阱结构中,沿生长方向从下往上,前面几个InGaN势阱层的In组分低而厚度大,后面几个InGaN势阱层的In组分高而厚度小,并且前面的几个InGaN势阱层是In组分和厚度渐变的量子阱,可以起到应力释放层的作用,能够降低上方的几个量子阱中的极化电场强度,进而提高GaN基绿光LED的发光效率。4、针对GaN基绿光LED的空穴注入效率低的问题,设计了一种In组分连续渐变的p型InGaN导电层和一种Al组分渐变的p型AlGaN导电层,代替传统GaN基LED外延中的p型AlGaN电子阻挡层和p型GaN导电层。该p-InGaN的In组分沿着生长方向从下往上,从10.4%逐渐降低至0%。而Al组分渐变的p型AlGaN导电层的特征是Al组分沿生长方向从下往上逐渐增加。这两种组分渐变的p型InGaN导电层和p型AlGaN导电层提高了空穴注入多量子阱的效率,进而提高了辐射复合速率,提高GaN基绿光LED的输出光功率和发光效率。此外,还能避免高温生长过程对InGaN/GaN多量子阱的热损伤。根据测试结果,相比于普通GaN基绿光LED,具有In组分渐变p型InGaN导电层的GaN基绿光LED,发光强度提高了13.7%,而具有Al组分渐变p型AlGaN导电层的GaN基绿光LED,输出光功率提高了69.2%。