图形化有源区结构GaN基LED外延及相关物理问题研究

针对近年来背光源、照明等高端应用的需求，GaN基LED仍需进一步提高发光效率和可靠性并积极推动白光照明的发展。本项目立足GaN基LED研究基础，利用图形化n-GaN衬底的二次外延，实现有源区非平面图形化的转移，研究图形化有源区阵列的设计、外延以及相关物理问题。图形化有源区结构有助于降低极化电场对量子阱发光效率的影响，提高内量子效率；同时有助于提高LED的有源区面积和出光效率。在外延中研究重点首先是图形化有源区不同极性晶面上III族氮化物的可控生长以及其宽光谱特性。其次与平面结构不同，引入非平面图形化有源区阵列对III族氮化物MOCVD外延生长需要新的理论支持，同时还对LED器件的制作工艺提出新的要求。展开图形化有源区结构GaN基LED的研究有助于进一步提高LED器件的电光转换效率，且其宽光谱特性对于白光照明也有着重要的理论意义和现实意义。

为满足背光源、照明等高端应用的需求，GaN基LED仍需进一步提高发光效率和可靠性并积极推动白光照明的发展。本项目采用聚苯乙烯球（PS球）以及微纳加工的方式成功制备了GaN图形化基底阵列，在此基础上进行了基于图形化有源区LED的外延及器件制备。项目立足于GaN基LED 基础研究，在图形化n-GaN衬底进行二次外延，实现有源区非平面图形化的转移，研究了图形化有源区阵列的设计、外延以及相关物理问题。研究结果表明采用微纳加工的方式更有利于制备均匀、排列有序的GaN图形化阵列，但是相对而言成本较高。在成功制备图形化GaN阵列的基础上，通过研究InGaN有源区在图形化GaN阵列之上的外延，调节其温度、压力、V/III以及气流场等参数，实现了LED发光光谱在460nm发光峰附近的展宽，更有利于提高所制备的白光LED的发光性能。研究表明图形化有源区结构借助于半极性面有助于降低极化电场对量子阱发光效率的影响，有助于增大LED 的有源区面积和提高其出光效率。基于图形化有源区的GaN LED相对于平面有源区的LED实现了发光峰的展宽，对于白光照明有着重要的理论意义和现实意义。