AlGaN基深紫外LED由于具有高调制带宽和小芯片尺寸, 在紫外光通信领域受到越来越多的关注。本研究通过改变生长AlGaN量子垒层的Al源流量, 生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED, 研究了量子垒高度对深紫外LED光电特性和调制特性的影响。研究发现, 随着量子垒高度的增加, 深紫外LED的光功率出现先增加后减小的趋势, 量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的光功率相比50%和60%的深紫外LED提升了近一倍。载流子寿命则出现先减小后增大的趋势, 且发光峰峰值波长逐渐蓝移。APSYS模拟表明, 随着量子垒高度增加, 量子垒对载流子的束缚能力增强, 电子空穴波函数空间重叠增加, 载流子浓度和辐射复合速率增加; 但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄露, 空穴浓度降低, 从而辐射复合速率降低。量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的-3 dB带宽达到94.4 MHz, 高于量子垒Al组分为50%和60%的深紫外LED。

传统的直接镀铜(DPC)陶瓷基板的焊盘上镀有Ni/Au金属覆盖层，它会强烈吸收紫外(UV)光。为了提高深紫外发光二极管(DUV LED)的光提取效率(LEE)，设计并制备了镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板。这种基板拥有一层完全覆盖基板焊盘的Ni/Au镀层为LED提供电互连，以及一层部分覆盖Ni/Au镀层的高反射Al镀层为UV光提供优异的反射。测量了分别由镀Al的DPC陶瓷基板和仅有一层Ni/Au镀层的传统DPC陶瓷基板所封装的DUV LED的光学、电学和热学性质，并建立了LED封装体的模型并进行了分析。结果表明，通过使用镀Al的DPC陶瓷基板，DUV LED的光输出功率(LOP)提高了19.2％，功率效率(WPE)和外量子效率(EQE)则分别提高为传统封装的1.20和1.19倍。此外，经过160 h的老化测试，使用镀Al的DPC陶瓷基板封装的LED表现出了更好的可靠性。这种镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板为通过封装改善DUV LED的LEE提供了可行的方法。

为了获得高效率的AlGaN基深紫外发光二极管, 提出了具有渐变量子垒的氮极性结构来调控载流子的传输.通过氮极性结构在p型电子阻挡层中形成的反向极化诱导势垒, 改善空穴注入和电子泄漏问题.另外研究了不同的渐变方向和渐变程度对器件性能的影响.模拟结果显示, 在12 nm的AlGaN量子垒上沿着(000-1)方向从Al组分0.65线性渐变到0.6, 可以有效平衡量子垒的势垒高度和斜率, 从而极大的增强空穴注入, 光输出功率相较于传统结构提高了53.6%.该设计为电子泄漏和空穴注入问题提供了直接而有效的解决方案, 在实现更高效率的深紫外发光二极管方面显示出广阔的前景.

通过设计InGaN多量子阱LED有源区的不同结构, 研究了载流子复合机制对LED调制速度的影响。结果显示, 由于窄量子阱LED的载流子空间波函数重叠几率更高, 且电子泄露效应更显著, 所以复合速率更快, 调制带宽更高。In组分为1%的InGaN量子垒LED可提高辐射复合的权重, 使得调制带宽高于GaN量子垒LED; In组分为5%时, 电子泄露和俄歇复合占据主导地位, 且由于这两种复合机制复合速率很快, 所以调制带宽显著提高。

In this paper, the anisotropic etching process of Si(100) wafers in tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) solution with isopropyl alcohol (IPA) is investigated in detail. An inverted trapezoidal pattern is developed. A series of experiments are performed by changing TMAH concentration, IPA concentration, etching temperature and etching time. The structure of inverted trapezoidal patterns and roughness of the bottom surface are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The results show that with TMAH concentration increases, the roughness of bottom surface will decrease. The addition of IPA into TMAH solution improves the morphology of the bottom surface significantly. Low temperature is beneficial to get a smooth bottom surface. Furthermore, etching time can change the bottom surface roughness. A model is proposed to explain the etching processes. The hillock area ratio of the bottom surface has the same tendency as the etching area ratio. Finally, smooth silicon inverted trapezoidal patterns are obtained for epitaxial growth of GaN-based light emitting diode (LED) devices.

利用单层六方BN材料(hexagonal BN:hBN)作为成核层, 用金属有机物化学气相沉积法生长AlN薄膜, 得到应力小裂纹少的外延材料。实验中, 对hBN材料进行人为表面化学修饰, 以增加hBN的缺陷和后续AlN生长的成核中心。对比分析了有无hBN成核层时生长的AlN薄膜质量, 证实了hBN有助于减少AlN外延层中的裂纹, 空气孔隙及应力。研究了V/III生长参数对AlN薄膜表面形貌、晶体质量和应力的影响, 得到合适的生长窗口, 获得完全无应力的氮化铝外延层, 且其位错密度与蓝宝石上生长的氮化铝相当.

分别在直流偏置和交流偏置下, 对大功率GaN基LED的电学和光学特性进行了研究。结果显示, 通过改变靠近p型层的量子垒(也就是最后一个量子垒)中的In组分可以调控有源区中的载流子分布。有源区内积累的电子会引起负电容效应。而通过降低有源区量子垒的势垒高度, 可以改善LED中载流子传输特性, 并实现载流子复合速率及通信调制带宽20%的提高。这个工作将有助于理解GaN基LED中载流子分布对频率特性的影响, 并为设计适用于可见光通信的大功率高速LED奠定基础。

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后, 利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明, 温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言, 其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说, 其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作, 器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应, 使荧光粉发生分解, 并引起了荧光转换效率的下降。

对基于InGaN/GaN量子阱的蓝绿双波长发光二极管的材料生长和发光性质进行了研究.通过设计生长多组具有不同参量的外延结构，获得了优化的双波长量子阱结构参量，指出量子阱位置的分布、蓝绿阱间垒的宽度以及材料构成对量子阱发光性能均有较大影响.对双波长发光二极管器件光学性质进行了研究，结果表明，InGaN/GaN量子阱发光更依赖于In团簇形成的局域激子发光，从而导致了小电流下的反常光学现象.通过数值计算材料内部极化场的强度，对波长漂移的原因进行了解释，并通过双波长发光效率拟合分析了发光二极管“droop”效应可能的产生机理.

基于载流子的注入、传输和复合过程, 建立了双层有机发光器件的电致发光延时理论模型; 讨论了电致发光延时随电压、注入势垒、内界面势垒、阳极区厚度及LiF缓冲层(BL)厚度的变化关系。 结果表明：(1)低电压下，EL延时由复合过程主导，而高电压下，输运过程起着更重要的作用；(2)当δe/δh＜2时，M/O界面属于欧姆接触，电流是空间电荷限制的，注入势垒的变化对复合时间trec影响较大，当δe/δh＞2时，M/O界面成为接触限制，注入势垒的变化对trec几乎没有影响；(3)当内界面势垒超过0.3 eV，H′h对trec的影响明显变弱，复合延迟时间基本上由电压和其它因素控制； (4)当电压较小时，随Lh/L的增大，trec增大；当电压超过某一值后，trec几乎不随Lh/L的变化而变化；(5)对于LiF/Ag阴极，在不同的偏压下， LiF的厚度在3.1 nm左右时的复合时间最短，对应的EL延迟时间也最短，这与实验中从电致发光效率的角度得出的LiF最佳厚度一致。