在图形化蓝宝石衬底生长低温缓冲层之前, 通入少量三甲基镓(TMGa)和大量氨气进行短时间的高温预生长, 通过改变TMGa流量制备了4个蓝光LED样品。MOCVD外延生长时使用激光干涉仪实时监测薄膜反射率, 外延片使用高分辨率X射线衍射(002)面和(102)面摇摆曲线估算位错密度, 并使用光致发光谱表征发光性能, 制备成芯片后测试了正向电压和输出光功率。结果表明, 高温预生长可促进薄膜的横向外延, 使得三维岛状GaN晶粒在较小的薄膜厚度内实现岛间合并, 有利于降低位错密度, 提高外延薄膜质量, LED芯片的输出光功率的增强幅度达29.1%, 而电学性能无恶化迹象; 但高温预生长工艺中TMGa的流量应适当控制, 过量的TMGa导致GaN晶粒过大, 将延长岛间合并时间, 降低晶体质量。

介绍了几种利用复合技术提高光子晶体LED出光效率的方法。利用复合技术在LED上形成光子晶体结构和微腔结构、全方位反射镜、图形化衬底、AlGaN限制层或嵌入式光子晶体层复合的结构，可以改变LED的发光光路与内部导波模式分布，有效地提高光子晶体LED的发光效率。以五种复合结构为例进行分析，通过实验制备和时域有限差分(FDTD)模拟仿真，证实了与传统LED结构相比，经过适当优化参数配置，具有复合结构的LED比只具有表面光子晶体的LED结构出光效率有显著提高。

针对当前图形化蓝宝石衬底 ICP干法工艺刻蚀流程, 对工艺腔室真空环境微气压调节非线性特征进行了动态监测, 本文提出了一种基于自适应模糊 PID的微气压控制算法。该算法利用质量流量计 MFC及真空泵组减压阀的参数调节, 实现真空环境微气压调节。通过 Matlab仿真及刻蚀流程气压控制测试表明, 工艺腔室的真空微气压自适应模糊 PID控制基本符合仿真结果。在气压为 0.13~20 Pa的真空环境下, 工艺腔室气压动态控制效果良好, 具有鲁棒性强、超调量小、过渡时间短等特点, 满足工艺刻蚀流程中正常刻蚀速率、选择比及均匀性等指标。

采用图形化蓝宝石衬底(PSS)技术可以降低GaN外延层材料位错密度，提高了发光二极管(LED)的内量子效率(IQE)，同时使LED光析出率(LEE)提高。基于PSS技术可以制作高效GaN基高亮度LED。基于已公开发表文献对用于高效LED制作的PSS技术做了综述，介绍了PSS技术演化、PSS的制作方法与主要的图形结构、PSS上GaN外延层生长机制以及PSS对LED性能的影响。PSS结构对LED的IQE与LEE均有提高，但对二者哪个提高更为有效没有定论，最近的研究结果倾向于以为对LEE提高更为有效。PSS对LED的IQE与LEE提高的机制目前并不是非常清楚，对公开发表的PSS对LEE的提高机制提出了不同看法。不同PSS结构与尺寸对GaN质量以及LED性能的影响方面的研究目前还非常缺乏。

运用电致发光(EL)和光致发光(PL)实验, 分析了图形化蓝宝石衬底(PSSLEDs)和常规平面蓝宝石衬底(C-LEDs)InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光谱特性。 对比EL谱, 发现PSSLEDs拥有更强的光功率和更窄的半峰宽(FWHM), 说明PSSLEDs具有较高的晶体质量。 其次, PSSLEDs的EL谱半峰宽随电流增加出现了更快的展宽, 而这两种LED样品的PL谱半峰宽随激光功率增加呈现了基本相同的展宽变化, 说明在相同电流下, PSSLEDs量子阱中载流子浓度更高, 能带填充效应更强。 另外, 随着电流的增加, PSSLEDs和C-LEDs的峰值波长都发生蓝移, 且前者的蓝移程度较小, 结合半峰宽的对比分析, 说明PSSLEDs量子阱中的极化电场较小。 最后, 对比了PSSLEDs和C-LEDs的外量子效率随电流的变化, 发现PSSLEDs拥有更严重的efficiency droop, 说明量子阱中极化电场不是导致efficiency droop的主要原因。