利用MOCVD技术在图形化Si(111)衬底上生长了InGaN/GaN绿光LED外延材料。在GaN量子垒的生长过程中, 保持NH3流量不变, 通过调节三乙基镓(TEGa)源的流量来改变垒生长速率, 研究了量子垒生长速率对LED性能的影响。使用二次离子质谱仪(SIMS)和荧光显微镜(FLM)分别对量子阱的阱垒界面及晶体质量进行了表征, 使用电致发光测试系统对LED光电性能进行了表征。实验结果表明, 垒慢速生长, 在整个测试电流密度范围内, 外量子效率(EQE)明显提升。我们认为, 小电流密度下, EQE的提升归结为量子阱晶体质量的改善; 而大电流密度下, EQE的提升则归结为阱垒界面陡峭程度的提升。

对集成Ag基反射镜的垂直结构GaN基发光二极管(LED)薄膜芯片施加ESD(electro-static discharge)冲击,观察其静电失效的现象并对失效演变的过程进行研究。结果表明,LED芯片经过ESD冲击后,内部会随机出现ESD黑点。随着ESD电压逐渐增大,此ESD黑点逐渐演变成为静电孔。通过聚焦离子束刻蚀等手段,得出ESD黑点产生的原因,即静电击穿产生的瞬间高温将LED芯片中的p-GaN及Ag基反射镜熔化,从而使得Ag反射镜的反射率降低。在LED薄膜芯片静电失效的演变过程中,ESD黑点周围的GaN粗化面的六角锥结构出现形状变小、密度增大的现象,该现象与静电击穿发生的程度相关。因此,认为静电击穿过程中内部产生的瞬间高温对表面GaN材料的晶体质量产生较大影响。

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。

采用MOCVD技术在图形化硅衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱黄光LED外延材料, 研究了不同的量子阱生长气压对黄光LED光电性能的影响。使用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)和荧光显微镜(FL)对晶体质量进行了表征, 使用电致发光系统积分球测试对光电性能进行了表征。结果表明: 随着气压升高, In的并入量略有降低且均匀性更好, 量子阱中的点缺陷数目降低, 但是阱垒间界面质量有所下降。在实验选取的4个气压4, 6.65, 10, 13.3 kPa下, 外量子效率最大值随着量子阱生长气压的上升而显著升高, 分别为16.60%、23.07%、26.40%、27.66%, 但是13.3 kPa下生长的样品在大电流下EQE随电流droop效应有所加剧, 在20 A·cm-2的工作电流下, 样品A、B、C、D的EQE分别为16.60%、19.77%、20.03%、19.45%, 10 kPa下生长的量子阱的整体光电性能最好。

使用MOCVD在图形化Si衬底上生长了含V形坑的InGaN/GaN蓝光LED。通过改变生长温度, 生长了禁带宽度稍大的载流子限制阱和禁带宽度稍小的发光阱, 研究了两类量子阱组合对含V形坑InGaN/GaN基蓝光LED效率衰减的影响。使用高分辨率X射线衍射仪和LED电致发光测试系统对LED外延结构和LED光电性能进行了表征。结果表明: 限制阱靠近n层、发光阱靠近p层的新型量子阱结构, 在室温75 A/cm2时的外量子效率相对于其最高点仅衰减12.7% , 明显优于其他量子阱结构的16.3%、16.0%、28.4%效率衰减, 且只有这种结构在低温时(T≤150 K)未出现内量子效率随电流增大而剧烈衰减的现象。结果表明, 合理的量子阱结构设计能够显著提高电子空穴在含V形坑量子阱中的有效交叠, 促进载流子在阱间交互, 提高载流子匹配度, 抑制电子泄漏, 从而减缓效率衰减、提升器件光电性能。

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 ℃。

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2 inch (5.08 cm) Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明，随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的n-GaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。

报道了芯片尺寸为500 μm×500 μm 硅衬底GaN基蓝光LED在常温下经1 000 h加速老化后的电学和发光性能，其光功率随老化时间的变化分先升后降两个阶段；老化后的反向漏电流和正向小电压下的电流均有明显的增加；老化后器件的外量子效率(EQE)比老化前低；老化前后EQE衰减幅度在不同的注入电流下存在明显差异，衰减幅度最小处出现在发光效率最高时对应的电流密度区间。

用X射线衍射方法通过不同晶面的ω扫描测试,分析了Si衬底GaN蓝光LED外延膜中n-型层δ掺杂Si处理对外延膜结晶性能的影响。报道了Si衬底GaN外延膜系列晶面的半峰全宽(FWHM)值。通过使用晶格旋转(Lattice-rotation)模型拟合,计算出样品的螺位错密度和刃位错密度。结果表明,δ掺杂Si处理后生长出的样品螺位错密度增大、刃位错密度减小,总位错密度有所减小。通过对未经δ掺杂处理和δ掺杂处理的GaN外延膜相应ω-2θ扫描半峰全宽值的比较,发现δ掺杂Si处理后生长出的样品非均匀应变较大;相应样品的LED 电致发光光谱、I-V特性曲线显示δ掺杂后样品性能变好。