近些年来,半导体照明技术的发展可谓是日新月异。得益于材料外延生长和器件制备技术的不断进步,GaN基发光二极管LED取得了突飞猛进的发展,目前已被广泛应用于室内外照明、交通信号灯、汽车头灯、户外显示屏等多个领域,占据着举足轻重的地位。然而,由于GaN基LED在大电流密度下发生效率衰减的原因,使得只有在小电流密度下才能获得高光效的LED器件,尤其对于高In组份的黄光和绿光LED而言。如果能够提高GaN基LED在黄、绿光波段的发光效率,不仅能够填补绿光鸿沟,更能推动多基色LED合成白光的照明广泛应用。InGaN/GaN量子阱作为LED发光的核心部分,其结构的变化对LED的光电性能有着至关重要的影响。本文以Si衬底GaN基绿光LED的量子阱为研究对象,通过在量子阱中设计AlGaN插入层,优化阱后cap层厚度,设计不同量子阱结构,进一步提升GaN基绿光LED的光电性能,主要进行了以下研究:1.通过在靠近量子阱底部(靠近n型侧)的GaN量子垒中设计AlGaN插入层,研究了该AlGaN插入层对载流子输运以及量子效率的影响。研究表明:量子垒中AlGaN插入层的设计,极大地增加了小电流下的发光效率,同时减小了正向漏电流,降低了工作电压。而这种性能的改善与样品中的V形坑结构有着密不可分的关系,基于含有V形坑的LED结构,AlGaN插入层起到了更有效地屏蔽位错的作用。同时高势垒的AlGaN也对载流子输运造成影响,从低温下的光谱图我们发现AlGaN插入层的设计使得样品中出现两套发光峰,两套发光峰分别来自底部和顶部量子阱,当工作电流达到“临界电流”时,底部量子阱才会开启。此外,AlGaN插入层起到了较好的电子阻挡作用,减少了电子泄漏。2.通过调控阱后cap层的生长时间,研究了阱后cap层厚度变化对量子阱质量及LED光电性能的影响。研究表明:阱后cap层可以有效地保护InGaN量子阱层,随着cap层厚度的逐渐增加,量子阱的晶体质量也随之提高,且阱中的In变得更加均匀,阱垒界面也更加陡峭。在小电流下,随着cap层厚度的增加,EQE依次减小,而在大电流下,随着cap层厚度的增加,EQE依次增大。由于cap层最薄的样品局域态密度较大,因此表现出更高的发光效率,同时也表现出更长的发光波长。在大电流密度下,cap层最厚的样品有着更好的量子阱质量以及陡峭的阱垒界面,对载流子有着更强的限制作用,因此表现出更高的发光效率。此外我们在低温下观察到InGaN/GaN超晶格准备层的发光峰,证实了V形坑有促进空穴注入更深位置的作用。3.通过设计准备阱与发光阱不同组合的阱结构,研究了其对绿光LED光电性能的影响,实验中准备阱与发光阱的区别在于GaN垒厚的不同。对于靠近n层的准备阱,其GaN垒厚设计为130?,而对于靠近p层的发光阱,其厚度设计为100?。研究表明:采用准备阱与发光阱相结合的量子阱结构可以有效地提升光效,对于准备阱,由于InGaN量子阱在低温下生长,其晶体质量较差,而GaN垒层要起到对阱的修复作用,为后续生长提供较好的平台,准备阱中较厚的GaN垒层自然有着更好的修复作用,因而提高了靠近p型层发光阱的晶体质量。对于发光阱,由于空穴和电子的不匹配,发光区域主要集中在靠近p型层的发光阱中,这时较薄的GaN垒层使载流子更加容易传输,提升载流子的注入效率。