为了进一步提升蓝光激光器的性能，基于实验样品结构，详细研究了不同结构的p型波导层和有源区的组合对InGaN基边发射蓝光激光器性能的影响。利用PICS3D软件模拟计算其光输出功率-电流-电压特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布、激射复合率等光电特性。结果表明，In组分渐变的p型波导层和前两个量子垒层、最后一个量子垒层使用AlGaN材料的新结构，可以很好地抑制电子泄漏，增加空穴注入，提高受激辐射复合率，从而提升蓝光激光器的发光效率。在1.5 A注入电流下，新结构的光输出功率可达2.69 W，相较标准结构提升了47.8%。

The nano-patterned InGaN film was used in green InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) structure, to relieve the unpleasantly existing mismatch between high indium content InGaN and GaN, as well as to enhance the light output. The different self-assembled nano-masks were formed on InGaN by annealing thin Ni layers of different thicknesses. Whereafter, the InGaN films were etched into nano-patterned films. Compared with the green MQWs structure grown on untreated InGaN film, which on nano-patterned InGaN had better luminous performance. Among them the MQWs performed best when 3 nm thick Ni film was used as mask, because that optimally balanced the effects of nano-patterned InGaN on the crystal quality and the light output.The nano-patterned InGaN film was used in green InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) structure, to relieve the unpleasantly existing mismatch between high indium content InGaN and GaN, as well as to enhance the light output. The different self-assembled nano-masks were formed on InGaN by annealing thin Ni layers of different thicknesses. Whereafter, the InGaN films were etched into nano-patterned films. Compared with the green MQWs structure grown on untreated InGaN film, which on nano-patterned InGaN had better luminous performance. Among them the MQWs performed best when 3 nm thick Ni film was used as mask, because that optimally balanced the effects of nano-patterned InGaN on the crystal quality and the light output.

金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时, 在GaN势垒层生长的N₂载气中引入适量H₂, 能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率。 本工作利用光致发光(PL)光谱技术, 对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征, 研究了通H₂生长对量子阱界面的调控效应及其发光效率提升的物理机制。 室温PL光谱结果显示, GaN势垒层生长载气中引入2.5%的H₂使InGaN/GaN多量子阱的发光效率提升了75%、 发光峰的峰位蓝移了17 meV、 半峰宽(FWHM)减小了10 meV。 通过功率依赖的PL光谱特征分析, 我们对InGaN/GaN量子阱中的量子限制Stark效应(QCSE)和能带填充(Band Filling)效应进行了清晰的辨析, 发现了发光峰峰位和峰宽的光谱特征主要受QCSE效应影响, H₂的引入能够大幅度降低QCSE效应, 并且确定了QCSE效应被完全屏蔽情况下的发光峰能量为2.75 eV。 温度依赖的PL光谱数据揭示了通H₂生长量子阱结构中显著减弱的载流子局域化行为, 显示界面质量提高有效降低了限制势垒的能量波动, 从而导致更窄的发光峰半峰宽。 PL光谱强度随温度的变化规律表明, 通H₂生长并不改变量子阱界面处的非辐射复合中心的物理本质, 却能够显著减少非辐射复合中心的密度, 有助于提升量子阱的发光效率。 通过时间分辨PL光谱分析, 发现通H₂生长会导致量子阱结构中更短的载流子辐射复合寿命, 但不影响非辐射复合寿命。 载流子复合寿命的变化特征进一步确认了通H₂生长对量子阱结构中QCSE效应和非辐射复合中心的影响规律。 综合所有PL光谱分析结果, 我们发现通H₂生长能够提高InGaN/GaN多量子阱的界面质量、 显著减弱应力效应(更弱的QCSE效应)、 降低限制势垒的能量波动以及减少界面处非辐射复合中心的密度, 从而显著提升量子阱的发光效率。 该研究工作充分显示了PL光谱技术对半导体量子结构发光性能的精细表征能力, 光谱分析结果能够为InGaN/GaN多量子阱生长提供有价值的参考。

绿光光源可广泛应用于固态照明、可见光通信、电子显示、光遗传学等领域。相比于蓝光LED，高性能低维绿色发光器件的设计与制备受限于绿光效率低（Green gap）和高注入电流下效率下降（Efficiency droop）两个主要问题的困扰。本文采用化学气相沉积方法（CVD）生长镓掺杂的氧化锌微米线（ZnO∶Ga MW），结合p型InGaN衬底制备了n‐ZnO∶Ga MW/p‐InGaN异质结发光二极管。该器件的输出波长为540 nm，半峰宽约为32 nm，在相对较大的注入电流下，器件发光峰位、半峰宽等发光特征参数没有明显的变化，且相对外量子效率（REQE）在较大电流下呈现出相对较小的下降，体现了较高的发光稳定性。此外，利用金纳米薄膜改善了ZnO∶Ga微米线与InGaN衬底间的接触，实现了结区界面的优化，成功提高了发光二极管的发光强度。实验结果表明，采用n‐ZnO∶Ga微米线结合p‐InGaN衬底构筑的异质结可用于制备高稳定性高亮度的微型绿光发光二极管。

基于半导体低维微纳结构构筑的可见光发光器件，特别是位于500 ~ 600 nm波段的黄绿光光源，因具有较高的发光效率、长寿命和低功耗等特点，在超高分辨率显示与照明、单分子传感和成像等领域有着广泛的应用价值。由于高性能低维黄绿色发光器件在发光材料制备、器件结构以及发光器件的 “Green/yellow gap”和 “Efficiency droop”等方面受到严重限制，极大地影响了低维微纳结构黄绿光发光器件的开发和应用。本文采用单根镓掺杂氧化锌（ZnO∶Ga）微米线和p型InGaN衬底构筑了异质结基黄光发光二极管，其输出波长位于580 nm附近，半峰宽大约为50 nm。随注入电流的增加，光谱的峰位和半峰宽几乎没有任何变化，也没有观察到InGaN基光源中常见的量子斯塔克效应。器件相应的色坐标始终处于黄光色域范围。更为重要的是，器件的外量子效率在大电流注入下并没有出现较大的下降。结合单根ZnO∶Ga微米线和InGaN的光致发光光谱，以及n‐ZnO∶Ga/p‐InGaN异质结能带结构理论，可以推断该制备器件的发光来自于ZnO∶Ga微米线和InGaN结区界面处载流子的辐射复合，器件的Droop效应得到明显抑制。实验结果表明，n‐ZnO∶Ga微米线/p‐InGaN异质结可用于制备高性能、高亮度的低维黄光发光二极管。

通过模拟仿真对双波长堆叠的c面InGaN/GaN多量子阱（MQWs）发光二级管的载流子浓度、自发辐射复合率以及极化电场等进行了研究。结果表明，通过调节双波长堆叠的InGaN多量子阱的阱层和垒层厚度，可调控载流子特别是空穴在量子阱有源区的分布，实现双波长发光峰比例调制。进而考察了在相同外延条件下生长的半极性面InGaN/GaN堆叠量子阱LED的发光特性。在此基础上，提出基于多波长堆叠InGaN/GaN多量子阱结构的c面和｛1011｝或｛1122｝半极性面混合的单芯片白光LED设计方案，通过调节c面发光光谱在混合光谱中的比例，可获得覆盖大部分可见光波段、色温从4 500~9 000 K可调、且显色指数最高可达91.3的白光。