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氮化镓铝（AlGaN）基紫外发光二极管（LED）以其长寿命、不含汞、开关响应快、光谱集中等优势,在紫外固化、紫外印刷、光催化、杀菌消毒、光学医疗等领域具有广阔的应用潜力。但是相对于氮化镓（GaN）基蓝光LED高达80%90%的内量子效率,紫外LED的光电转换效率还很低,仅能在部分应用领域取代UV汞灯光源。制约紫外LED光电转换效率的一个重要因素是晶体位错缺陷密度过高。提高AlGaN材料的晶体质量,降低发光区的非辐射复合过程,是提高紫外LED光电转换效率的关键。我们基于溅射氮化铝（AlN）成核层技术和图形衬底技术,研究了溅射AlN成核层对异质外延生长GaN和AlGaN材料的缺陷控制机理,以及对紫外LED光功率的影响。另外,基于溅射AlN成核层和纳米级蓝宝石图形衬底（NPSS）开发出高质量AlN外延层的生长技术,并结合深紫外LED结构仿真,进行了深紫外LED结构生长研究。主要研究内容如下:（1）对比研究溅射AlN成核层相对于低温GaN成核层和低温AlGaN成核层对异质外延生长GaN晶体质量提高的机理及对紫外LED光电性能影响。对比溅射AlN成核层、低温AlGaN成核层和低温GaN成核层对图形化蓝宝石衬底（PSS）上生长GaN晶体形貌演变的影响发现,溅射AlN成核层抑制了GaN在衬底图形侧壁的生长,消除了不同取向晶粒合并导致的位错产生,使GaN的晶体质量得到显著提升。低温AlGaN成核层相对于低温GaN成核层具有更大的禁带宽度,降低了成核层对紫外光的吸收作用,使峰值波长为375 nm的紫外LED光功率提升18.2%。溅射AlN成核层相对于低温AlGaN成核层,降低了位错密度,使紫外LED光功率进一步提升11.3%。对比不同厚度溅射AlN成核层对紫外LED晶体质量和光电性能的影响发现,溅射AlN成核层厚度为15 nm时,紫外LED性能最优。（2）基于溅射AlN成核层,对比研究了PSS不同图形尺寸对紫外LED晶体质量、出光效率和光功率的影响。对于图形尺寸较大的PSS,GaN三维（3D）岛状生长到二维（2D）层状生长的过渡时间延长。X射线衍射分析发现,GaN（002）和（102）晶面的XRD摇摆曲线半高宽随衬底图形尺寸的增加而减小。断面透射电子显微镜分析发现,增加衬底图形尺寸和填充因子,紫外LED的位错密度降低。时域有限差分法（FDTD）对出光效率的仿真表明,随着图形尺寸增加,峰值波长为373 nm的紫外LED出光效率降低。但是,不同图形尺寸衬底上生长紫外LED的光功率对比表明,大尺寸图形衬底上生长紫外LED的光功率最高,这是由于发光区位错密度的显著降低,使内量子效率得到显著提高。（3）结合溅射AlN成核层,对比研究了二氧化硅阵列图形化衬底（PSAS）和PSS对于生长AlGaN基紫外LED的影响。Al原子的低迁移率使AlGaN在具有溅射AlN成核层的PSS图形侧壁进行成核,导致AlGaN位错密度增加。PSAS衬底抑制了AlGaN在图形侧壁的生长,使PSAS上生长AlGaN外延层的位错密度降低。FDTD出光效率仿真表明,PSAS上生长紫外LED具有更高的出光效率,这是由于图形化SiO2阵列与AlGaN具有更高的折射率对比度,增加了光线从顶端和底部的出射。位错密度降低和出光效率提高,使PSAS上生长的峰值波长为368 nm的紫外LED光功率比平片蓝宝石衬底提高近两倍,比PSS提高26.1%。（4）基于SiLENSe仿真软件,研究了峰值波长为279 nm的深紫外LED器件主要结构参数对电流-电压（I-V）、电流-内量子效率（I-IQE）、电流-峰值波长（I-Wp）和电流-光谱半高宽（I-FWHM）等曲线特性的影响。仿真分析证实了位错密度对深紫外LED器件IQE的影响。为了提高IQE,需要降低位错密度,提高晶体质量。减薄量子阱（QW）厚度,可以减弱位错对IQE的不利影响。在相同位错密度和相同电流密度条件下,IQE值随着QW厚度的减薄而升高。仿真分析还发现,深紫外LED结构压应力的升高有利于降低Vf和提高IQE。AlGaN基深紫外LED生长在AlN外延层上,受压应力作用,该压应力对深紫外LED的光电性能产生有利影响。（5）将常规MOCVD改进为高温MOCVD,并基于溅射AlN成核层,在NPSS上开发了高质量AlN的外延生长技术。结合深紫外LED器件结构模拟,在开发的高质量AlN外延层上生长出深紫外LED结构。基于溅射AlN成核层,在NPSS衬底上通过调控生长温度和V/III比,结合脉冲氨气横向外延生长技术,生长出厚度为3.0μm表面无裂纹的高质量AlN外延层。XRD测试表明,（002）和（102）晶面摇摆曲线半高宽分别为143 arcsec和230 arcsec。基于该AlN外延层生长深紫外LED的光致发光（PL）测试表明,深紫外LED光谱峰值波长为279 nm。NPSS相对于FSS使深紫外LED的PL光谱强度提高了70%。