在石墨烯的化学气相沉积工艺中, 铜箔是决定石墨烯薄膜质量的重要因素。传统铜箔由于制备工艺的限制, 存在大量的缺陷, 导致石墨烯薄膜的成核密度较高。本工作选用抛光铝板、抛光不锈钢板、微晶玻璃和SiO2/Si作为基材, 用热蒸镀法制备了不同粗糙度的铜箔, 并详细讨论了以该系列铜箔生长高平整度石墨烯薄膜的条件及铜箔对石墨烯薄膜品质的影响。实验结果表明, 铜箔以(111)取向为主, 与基材分离后, 表面具有纳米级平整度。在生长石墨烯后, 从SiO2/Si剥离的铜箔成核密度是4种基材中最小的。同时, 从SiO2/Si剥离的铜箔晶体结构变化最不明显, 具有良好的结晶性, 表面几乎不存在铜晶界缺陷。当压强为3 000 Pa, 氢气和甲烷流速分别为300 mL/min和0.5 mL/min时, 可以获得约1 mm横向尺寸的石墨烯单晶晶畴。

现阶段，大面阵碲镉汞红外焦平面探测器的需求持续增加，面向更大尺寸的碲镉汞材料制备技术成为了研究热点。对4 in硅基碲镉汞材料外延技术进行了研究。通过提升设备参数的稳定性、控制外延片的平整度以及优化材料工艺参数等一系列手段，突破了大尺寸硅基碲镉汞材料工艺的关键技术瓶颈，并制备出了高平整度、高均匀性、低缺陷率、高质量的4 in硅基碲镉汞材料。结果表明，该材料的双晶衍射半峰宽小于等于90 arcsec，表面宏观缺陷密度小于等于100 cm-2，表面平整度小于等于15 m。

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。

采用MOCVD技术在硅衬底上生长了含有7个黄光量子阱和1个绿光量子阱的混合有源区结构的InGaN基黄绿双波长LED外延材料, 研究了电子阻挡层前p-GaN插入层厚度对黄绿双波长LED载流子分布及外量子效率 (EQE) 的影响。通过LED变温电致发光测试系统对LED光电性能进行了表征。结果表明, 100 K小电流时随着电流密度的增大, 三组样品的绿光峰与黄光峰相对强度的比值越来越大, 且5.5 A·cm-2的电流密度下, 随着温度从300 K逐步降低至100 K, 三组样品的绿光峰与黄光峰相对强度的比值也越来越大, 说明其载流子都在更靠近p型层的位置发生辐射复合。三组样品的p-GaN插入层厚度为0, 10, 30 nm时, EQE峰值依次为29.9%、29.2%和28.2%, 呈现依次减小的趋势, 归因于p-GaN插入层厚度越大, p型层越远离有源区, 空穴注入也越浅。电子阻挡层前p-GaN插入层可以有效减小器件EL光谱中绿光峰随着电流密度增加时峰值波长的蓝移 (33 nm), 实现了对低温发光光谱的调控。

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。

将Si衬底GaN基LED外延薄膜经晶圆键合、去硅衬底等工艺制作成垂直结构GaN基LED薄膜芯片,并对其进行不同温度的连续退火, 通过高分辨X射线衍射(HRXRD)研究了连续退火过程中GaN薄膜芯片的应力变化。研究发现: 垂直结构LED薄膜芯片在160～180 ℃下退火应力释放明显, 200 ℃时应力释放充分, GaN的晶格常数接近标准值。继续升温应力不再发生明显变化, GaN薄膜的晶格常数只在标准晶格常数值附近波动。扫描电子显微镜给出的bonding层中Ag-In合金情况很好地解释了薄膜芯片应力的变化。

在Si衬底上外延生长了3种不同量子垒结构的绿光外延片并制作成垂直结构芯片, 3种量子垒结构分别为GaN、In0.05Ga0.95N/Al0.1Ga0.9N/In0.05Ga0.95N、In0.05Ga0.95N/GaN/In0.05Ga0.95N, 对应的3种芯片样品为A、B、C, 研究了3种样品的变温电致发光特性。垒结构的改变虽然对光功率影响很小, 但是在光谱性能上会引起显著改变, 结果如下: 在低温(13 K)大电流下, 随着电流密度的增大, 样品的EL谱峰值波长蓝移更为显著, 程度依次为B>A≈C; 在高温(300 K)小电流下, 随着电流密度的增大, 样品EL谱的峰值波长蓝移程度的大小依次为A>B>C。在同一电流下, 随着温度的升高, 样品在大部分电流下的EL谱峰值波长出现“S”型波长漂移, 在极端电流下又表现出不同的漂移情况。这些现象与局域态、应力、压电场、禁带宽度等因素有关。

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 ℃。

在Si(111)衬底上采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术外延生长GaN薄膜, 对外延生长所得GaN薄膜的晶体结构和表面形貌进行表征, 并研究SiNx插入层对GaN薄膜的晶体质量和表面形貌的影响。结果表明, 在Si衬底上生长GaN薄膜过程中引入SiNx插入层可使GaN薄膜的(10-12)面的X-射线回摆曲线的半峰宽(FWHM)值从974.01减小到602.01 arcsec; 表面凹坑等缺陷减少、表面平整度提高。可见, SiNx插入层对在Si衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。