【摘 要】
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图形化蓝宝石衬底（PSS）是目前应用最为广泛的发光二极管（LED）衬底,相比较于蓝宝石平片衬底,PSS能提高LED的光效指标约30%左右,已经接近理论极限水平。在目前PSS的商业生产条件下,进一步提升LED的光效水平,是企业界所关注的焦点。本论文在PSS基础上,制备一种新型的SiO2图形化蓝宝石衬底（SPSS）,系统地研究了 SPSS对氮化镓（GaN）生长和LED性能的影响,验证了 SPSS在工业
【基金项目】
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福建中晶科技有限公司委托项目（项目编号XDHT2018582A）:图形化蓝宝石衬底（PSS）工艺优化和性能改善以及深紫外外延适配性图形产业化应用技术;项目起止时间:2018.12-2020.12；
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图形化蓝宝石衬底（PSS）是目前应用最为广泛的发光二极管（LED）衬底,相比较于蓝宝石平片衬底,PSS能提高LED的光效指标约30%左右,已经接近理论极限水平。在目前PSS的商业生产条件下,进一步提升LED的光效水平,是企业界所关注的焦点。本论文在PSS基础上,制备一种新型的SiO2图形化蓝宝石衬底（SPSS）,系统地研究了 SPSS对氮化镓（GaN）生长和LED性能的影响,验证了 SPSS在工业生产上的潜力。本论文的主要研究结果如下:（1）研究了 PSS制备过程中添加三氟甲烷（CHF3）气体后,各主要因素对刻蚀速率和选择比的影响。研究结果表明,刻蚀因素对刻蚀选择比的影响强弱顺序为CHF3流量、阀门开合度（APC）、偏压功率,刻蚀因素对蓝宝石刻蚀速率的影响强弱顺序为APC、偏压功率、CHF3流量。最终得到制备高占空比PSS的最佳工艺方案为:偏压功率380W、CHF3流量15 sccm、APC 55%。使用优化后的参数制备出的圆锥图形的高度为1.9μm,底宽为2.85 μm,侧壁弧度为180 nm,占空比达到81.85%。（2）通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术在蓝宝石衬底上制备了 SiO2薄膜,经过光刻和干法刻蚀技术制得SPSS,利用LED器件的外延生长和微纳加工技术获得了具有SPSS的GaN基LED器件。通过分析GaN外延层晶体质量、光提取效率和LED器件性能,重点研究了 SPSS对GaN生长及LED发光性能的影响。实验及模拟仿真结果表明:与常规图形化蓝宝石衬底（CPSS）相比,SPSS上生长的GaN外延层位错密度较低、晶体质量较高。SPSS-LED的光提取效率提高约26%,SPSS-LED的光输出功率和亮度均提高约5%。
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