研究了InGaN/GaN超晶格准备层的生长温度对Si衬底GaN基黄光LED光电特性和老化性能的影响。研究发现准备层生长温度较高的样品外量子效率高于准备层生长温度较低的样品。500 mA电流下老化1 000 h后, 准备层生长温度较高的样品的光衰相对更大。老化前后100 K的电致发光光谱显示高温生长的样品老化后的空穴注入途径发生变化; 老化后光衰大的样品非辐射复合中心增加的程度更大。荧光显微镜观察到两个样品老化前均出现大量暗斑, 高温样品的颜色更深更黑, 低温样品颜色则相对较浅且呈红色。老化后高温样品的暗斑数量有所增加, 而低温样品数量变化不大, 这可能也是导致超晶格温度高的样品光衰更大的原因之一。

为了对比研究新型低色温无荧光粉LED光源和低色温荧光粉LED光源的可靠性, 本文进行了85 ℃加速老化和温度步进应力实验, 测试了各光电参数在老化过程中的变化规律, 并分析了有无荧光粉低色温光源的老化衰减机理。实验结果表明, 在20 A/cm2工作电流密度、85 ℃的加速老化条件下, 两种类型的光源都表现出很好的稳定性, 但随着功率的增加, 无荧光粉光源展现出更好的光通量稳定性; 随着温度的升高, 无荧光粉光源在高达200 ℃左右仍表现出良好的可靠性, 而荧光粉光源则在175 ℃后出现了明显的光通量衰减和色温升高。电流应力或温度应力提升以后, 无荧光粉光源展现出更优异的可靠性。

基于含有V坑结构的Si（111）衬底InGaN/GaN绿光LED, 我们在传统p-AlGaN电子阻挡层之后优化生长一层25 nm的低掺镁p-AlGaN插入层, 并获得明显的效率提升。在35 A/cm2的电流密度下, 主波长为520 nm的LED外量子效率和光功率分别达到43.6%和362.3 mW, 这是截至目前报道的最高记录。通过分析表明, 其潜在的物理机制归结于p-AlGaN插入层能够提高空穴从V坑注入的效率。本文提供了一种有效提升发光效率的方法, 尤其适合于含有V坑结构的InGaN/GaN LED。

为了探究具有双层电子阻挡层设计的GaN基黄光LED中首层电子阻挡层（EBL-1）Al组分对内量子效率的影响以及其中载流子注入的主要物理机制, 首先使用硅衬底GaN基黄光LED外延与芯片工艺, 在外延过程中通过控制三甲基铝（TMAl）流量, 分别获得EBL-1含有Al组分约20%、50%、80%的硅衬底GaN基黄光LED; 随后使用半导体仿真软件Silvaco Atlas对这3种样品的实际测试内量子效率曲线进行拟合。结果表明, EBL-1中Al组分对内量子效率的影响主要体现在两方面: 一是EBL-1的Al组分越高越有利于空穴从V形坑侧壁注入到多量子阱有源区; 二是EBL-1中过高的Al组分会降低p型GaN晶体质量, 导致空穴浓度下降; 综合表现为Al组分约50%的EBL-1在这种双层电子阻挡层的设计下最有利于提高硅衬底GaN基黄光LED的内量子效率。

采用实验与理论模拟相结合的方法, 研究了氮化镓基绿光发光二极管(LED)中V坑对空穴电流分布的影响。首先, 实验获得了V坑面积占比不同的3种样品; 然后, 建立数值模型, 使得理论计算的外量子效率(EQE)及电压与实验测试的变化趋势相匹配, 从而确立了所用数值模型的可信性。计算结果显示: V坑改变了空穴电流的分布, 空穴电流密度在V坑处显著增加, 在平台处明显减小。进一步的分析表明: V坑面积占比在0~10%范围内, V坑空穴电流占比与V坑面积占比之间呈近线性增长(斜率为2.06), 但V坑空穴注入在整个空穴注入的过程中仍未占主导。

使用MOCVD在图形化Si衬底上生长了InGaN/AlGaN近紫外LED, 通过改变低温GaN插入层的厚度调控V形坑尺寸, 系统地研究了V形坑尺寸对InGaN/AlGaN近紫外LED（395 nm）光电性能的影响。结果表明, 低温GaN插入层促进了V形坑的形成, 并且V形坑尺寸随着插入层厚度的增加而增大。在电学性能方面, 随着V形坑尺寸的增大, －5 V下的漏电流从5.2×10-4 μA增加至6.5×102 μA; 350 mA下正向电压先从3.55 V降至3.44 V, 然后升高至3.60 V。在光学性能方面, 随着V形坑尺寸的增大, 35 A/cm2下的归一化外量子效率先从0.07提高至最大值1, 然后衰退至0.53。对V形坑尺寸影响InGaN/AlGaN近紫外LED光电性能的物理机理进行了分析, 结果表明：InGaN/AlGaN近紫外LED的光电性能与V形坑尺寸密切相关, 最佳的V形坑尺寸为120～190 nm, 尺寸太大或者太小都会降低器件性能。

用MOCVD技术在硅衬底上生长了GaN基蓝光LED外延材料，研究了有源层多量子阱中垒的生长温度对发光效率的影响，获得了不同电流密度下外量子效率(EQE)随垒温的变化关系。结果表明，在860~915 ℃范围内，发光效率随着垒温的上升而上升。当垒温超过915 ℃后，发光效率大幅下降。这一EL特性与X光双晶衍射和二次离子质谱所获得的阱垒界面陡峭程度有明显的对应关系，界面越陡峭则发光效率越高。垒温过高使界面变差的原因归结为阱垒界面的原子扩散。垒温偏低使界面变差的原因归结为垒对前一个量子阱界面的修复作用和为后一个量子阱提供台阶流界面的能力偏弱。外延生长时的最佳垒温范围为895~915 ℃。