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Ⅲ族氮化物如GaN、InGaN、AlGaN等半导体材料,理论上可以用来制备光谱范围从红外光到紫外光的发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。Ⅲ族氮化物基紫光和紫外LED由于具有无毒、不产生臭氧、开关速度快、光谱窄和寿命长等优点,使其在卫生消毒、UV固化、光刻、防伪检测、医疗诊断和水净化等领域具有广阔的应用前景。虽然,目前GaN基可见光LED技术已经非常成熟,但相比之下,Ⅲ族氮化物基紫光和紫外LED存在一些瓶颈,如器件内横向电流拥挤严重、散热不良、衬底和外延材料吸收紫外光、光提取效率低等,限制其外部量子效率和光电性能的进一步提升。针对紫光和紫外LED易产生横向电流拥挤,散热不良的问题。我们设计了带有不同电子阻挡层(EBL)的紫光LED,利用APSYS软件和MOCVD系统分别对所设计的器件进行了理论模拟和实验研究。研究结果表明,采用p-AlGaN/GaN超晶格结构电子阻挡层的器件,相比单层的AlGaN电子阻挡层结构器件电流拥挤现象得到有效缓解,电流分布更加均匀,电致发光强度得到了较大提高。创新性地提出了制备p型GaN微米柱的表面微观处理技术。通过控制外延生长模式,制备出微米柱形状的p型GaN结构,可以使更多的紫外光逃逸出LED芯片外部、减少外延材料对紫外光的吸收、使紫外LED量子阱内部的应力得到弛豫。使用该技术可有效提高紫外LED的光输出功率,相对平表面紫外LED提高了约88%。还模拟了微米柱对紫外LED的影响,模拟结果显示通过优化微米柱的尺寸和密度,可进一步提升紫外LED的光电性能。为了提高紫外LED的出光效率,之前还研究了纳米压印PSS衬底对紫外LED发光性能的影响。实验结果表明,纳米压印PSS衬底的图形有利于减少光线在LED内部发生全反射的比例,可以使紫外LED的出光效率得到提升。创新性地提出了原位二次生长法。即蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN DBR结构在应力释放后出现裂纹,通过控制生长模式,克服由DBR裂纹引起GaN LED结构生长困难的问题,重新在有裂纹的DBR上生长出表面平整的GaN LED结构,有效提高了紫外LED的出光效率。创新性地提出使用SiC衬底直接生长带有DBR紫外LED的技术。采用MOCVD方法,引入AIN/AlGaN双缓冲层来缓解应力,在6H-SiC(0001)衬底上制备了表面平坦无裂纹的Al0.2Ga0.8N/GaN DBR结构,并在其上制备高质量的紫外LED结构。这种在SiC衬底上制备带有应力缓冲层和DBR结构的紫外LED,既能发挥SiC衬底与GaN外延材料晶格匹配的优势及SiC衬底高热导率的优势,又能避免SiC衬底吸收紫外光的问题,有望在紫外LED方面得以应用。