氮化镓基Micro-LED具备高亮度、高响应频率、低功耗等优点，是未来显示技术和可见光通信系统的理想选择，但是目前外量子效率（EQE）低下这一问题严重影响其规模化量产及进一步应用。为了突破EQE低下这一瓶颈，通过分析Micro-LED外量子效率的影响因素，得知EQE下降的主要原因包括侧壁缺陷引起的载流子损耗及非辐射复合。总结了侧壁缺陷对载流子输运及复合的影响。综述了目前常用的侧壁处理技术及修复方法，指出现有侧壁处理方法较为笼统、针对性不足且载流子与侧壁缺陷的作用机理并不十分清楚。提出应深入系统地研究侧壁缺陷种类和分布、载流子与侧壁缺陷作用机制及侧壁处理过程中的缺陷修复模式。本文为提高外量子效率、加快Micro-LED商业化量产进程提供设计思路和理论依据。

绿光光源可广泛应用于固态照明、可见光通信、电子显示、光遗传学等领域。相比于蓝光LED，高性能低维绿色发光器件的设计与制备受限于绿光效率低（Green gap）和高注入电流下效率下降（Efficiency droop）两个主要问题的困扰。本文采用化学气相沉积方法（CVD）生长镓掺杂的氧化锌微米线（ZnO∶Ga MW），结合p型InGaN衬底制备了n‐ZnO∶Ga MW/p‐InGaN异质结发光二极管。该器件的输出波长为540 nm，半峰宽约为32 nm，在相对较大的注入电流下，器件发光峰位、半峰宽等发光特征参数没有明显的变化，且相对外量子效率（REQE）在较大电流下呈现出相对较小的下降，体现了较高的发光稳定性。此外，利用金纳米薄膜改善了ZnO∶Ga微米线与InGaN衬底间的接触，实现了结区界面的优化，成功提高了发光二极管的发光强度。实验结果表明，采用n‐ZnO∶Ga微米线结合p‐InGaN衬底构筑的异质结可用于制备高稳定性高亮度的微型绿光发光二极管。

基于半导体低维微纳结构构筑的可见光发光器件，特别是位于500 ~ 600 nm波段的黄绿光光源，因具有较高的发光效率、长寿命和低功耗等特点，在超高分辨率显示与照明、单分子传感和成像等领域有着广泛的应用价值。由于高性能低维黄绿色发光器件在发光材料制备、器件结构以及发光器件的 “Green/yellow gap”和 “Efficiency droop”等方面受到严重限制，极大地影响了低维微纳结构黄绿光发光器件的开发和应用。本文采用单根镓掺杂氧化锌（ZnO∶Ga）微米线和p型InGaN衬底构筑了异质结基黄光发光二极管，其输出波长位于580 nm附近，半峰宽大约为50 nm。随注入电流的增加，光谱的峰位和半峰宽几乎没有任何变化，也没有观察到InGaN基光源中常见的量子斯塔克效应。器件相应的色坐标始终处于黄光色域范围。更为重要的是，器件的外量子效率在大电流注入下并没有出现较大的下降。结合单根ZnO∶Ga微米线和InGaN的光致发光光谱，以及n‐ZnO∶Ga/p‐InGaN异质结能带结构理论，可以推断该制备器件的发光来自于ZnO∶Ga微米线和InGaN结区界面处载流子的辐射复合，器件的Droop效应得到明显抑制。实验结果表明，n‐ZnO∶Ga微米线/p‐InGaN异质结可用于制备高性能、高亮度的低维黄光发光二极管。

为了获取高量子效率的硅基光源，利用纳秒脉冲激光在单晶硅片上制备微米级的圆孔形腔阵列，对该样品在高温退火处理后出现的性能进行研究。腔内形成的量子点在波长710 nm附近有很强的光致发光峰。将样品放在1 000 ℃下进行高温退火处理，通过控制退火时间，对比研究退火前后的激发光功率变化的光致发光光谱，可以观察到自发辐射和受激辐射的变化趋势。同时，在退火20 min的腔中不同位置测量到光致发光的强度不同，发现腔体边缘的光致发光最强，这可能与腔体边缘上分布了大量的量子点发光有关。最后，采用标准的LED定标方法测量了腔内的最大光致发光外量子效率（PL-EQE）。检测结果显示退火后腔体内的外量子效率可达9.29%。