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InGaN基发光二极管(light-emitting diode，LED)因其具有体积小、寿命长和节能等优点，已被广泛应用于固态照明、显示和背光等领域。目前，利用蓝光LED激发黄色荧光粉仍是制造白色光源的主要方法之一，但是其发光效率和显色指数却相对较低。为了获得高发光效率和高显色指数的白色光源，研究人员提出利用单片集成红、绿、蓝三基色的InGaN基白光LED来取代传统的荧光粉白光LED，这是由于通过调节阱层的In组分，InGaN/GaN多量子阱(multiple quantum well，MQW)基LED的发光波长可以由近紫外，覆盖到可见光甚至到近红外波段的范围。然而，由于高In含量InGaN基LED面临着异质外延困难、“黄绿鸿沟”和“效率下垂”等发展瓶颈，使得高效率、长波长LED较难制备，这主要是因为:ⅰ）蓝宝石衬底与GaN外延层之间较大的晶格失配和热失配，导致外延层结晶质量较差;ⅱ)InN和GaN之间晶格失配高达约11％，造成组分波动或相分离，进而使InGaN薄膜中产生大量缺陷，结晶质量劣化;ⅲ)InGaN阱层和GaN垒层之间较大的晶格失配，导致高In组分的阱层存在较强的压电极化，诱发了量子限制斯塔克效应(quantum confinement stark effect，QCSE)，进而导致载流子的辐射复合效率下降。因此，利用能带工程和应力调控等手段优化InGaN基LED的结构和生长参数，并深入研究其结构和光电特性，阐明载流子的传输和复合机制，对于发展高效率、长波长InGaN基LED并进而制备单片集成的白光LED具有重要的现实意义。
本论文所涉实验样品均利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在c面蓝宝石衬底上外延生长制备而成，并通过APSYS软件模拟样品的能带结构，利用高分辨X射线衍射(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、电致发光(EL)和光致发光(PL)等手段研究样品的结构特性、表面形貌和光电特性等。开展的主要研究工作如下:(1)关于具有三角形量子阱的InGaN/GaN MQW基LED的研究
在阱层生长过程中，通过逐渐改变三甲基铟的流速，分别制备了沿阱层生长方向In组分逐渐增加和减少的两个InGaN/GaN MQW基LED样品。研究表明:二者均具有三角形量子阱结构，但是由于生长模式不同，结果发现以“阱层In组分沿生长方向逐渐减少”的生长方式所获得的样品其平均In组分较高，EL峰位能量较低，具有更显著的三角形势阱，并且其更强的组分波动导致了较强的非辐射复合和载流子局域效应。同时，其更显著的三角形势阱对载流子起到了更好的限制效果并进而改善了“效率下垂”现象。
(2)关于具有梯形量子阱的InGaN/GaN MQW结构的研究
在阱层生长过程中，通过改变三甲基铟的流速，制备了两个具有梯形量子阱的InGaN/GaN MQW结构，两样品的不同之处仅在于阱/垒之间分别插入低温GaN和低温AlN保护层。研究表明:两样品均实现了红光发射，但是阱/垒之间插入低温AlN保护层的样品，具有较好的结晶质量、较强的载流子局域效应和较高的内量子效率，这是由于:与低温GaN保护层相比，ⅰ）低温AlN保护层起到应力补偿的作用，抑制了缺陷的产生，降低了MQWs内的位错密度，从而改善了结晶质量;ⅱ）低温AlN保护层一方面缩短了阱层内In原子的迁移长度，更有利于富In团簇的形成，另一方面其具有更好的保护效果，减少了阱层中的In原子向垒层的扩散，这导致该样品阱层内部形成了尺寸更大的富In团簇，并进一步导致了较强的载流子局域效应。
本论文所涉实验样品均利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在c面蓝宝石衬底上外延生长制备而成，并通过APSYS软件模拟样品的能带结构，利用高分辨X射线衍射(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、电致发光(EL)和光致发光(PL)等手段研究样品的结构特性、表面形貌和光电特性等。开展的主要研究工作如下:(1)关于具有三角形量子阱的InGaN/GaN MQW基LED的研究
在阱层生长过程中，通过逐渐改变三甲基铟的流速，分别制备了沿阱层生长方向In组分逐渐增加和减少的两个InGaN/GaN MQW基LED样品。研究表明:二者均具有三角形量子阱结构，但是由于生长模式不同，结果发现以“阱层In组分沿生长方向逐渐减少”的生长方式所获得的样品其平均In组分较高，EL峰位能量较低，具有更显著的三角形势阱，并且其更强的组分波动导致了较强的非辐射复合和载流子局域效应。同时，其更显著的三角形势阱对载流子起到了更好的限制效果并进而改善了“效率下垂”现象。
(2)关于具有梯形量子阱的InGaN/GaN MQW结构的研究
在阱层生长过程中，通过改变三甲基铟的流速，制备了两个具有梯形量子阱的InGaN/GaN MQW结构，两样品的不同之处仅在于阱/垒之间分别插入低温GaN和低温AlN保护层。研究表明:两样品均实现了红光发射，但是阱/垒之间插入低温AlN保护层的样品，具有较好的结晶质量、较强的载流子局域效应和较高的内量子效率，这是由于:与低温GaN保护层相比，ⅰ）低温AlN保护层起到应力补偿的作用，抑制了缺陷的产生，降低了MQWs内的位错密度，从而改善了结晶质量;ⅱ）低温AlN保护层一方面缩短了阱层内In原子的迁移长度，更有利于富In团簇的形成，另一方面其具有更好的保护效果，减少了阱层中的In原子向垒层的扩散，这导致该样品阱层内部形成了尺寸更大的富In团簇，并进一步导致了较强的载流子局域效应。