多量子阱中无应变AlInGaN四元合金势垒的应变补偿结构制备及发光性质研究

发光二极管（LED）具有发光效率高、成本低、工作寿命超长等特点，随着研究的深入展开，发光二极管的性迅速提高，但仍然存在许多问题，发光二极管的性能仍有巨大的提升空间。III族氮化物是六方结构，是具有强极性化的材料，异质结中存在强应变；经过往年的研究已知，III族氮化物异质结构中的强极性、大应变都是影响器件发光的重要因素，而降低器件结构中的应变和极化，有望获得高效率的发光器件。.本项目首先通过测量AlGaInP材料红黄光LED，InGaN材料多种商业LED器件的电致发光特性，分析了两种不同材料的LED在电致发光过程中表现出的不同规律，特别是极化对发光行为的作用。进行了AlGaInN材料设计和外延制备，进一步设计了超薄AlGaN/InGaN多层超晶格结构，设计出与InGaN量子阱相适应的平均晶格常数及垒层禁带宽度，将该超晶格垒层用于多量子阱结构，研究了该量子的发光特性。将该量子阱应用于小功率LED，研制出了新型多量子阱结构的LED器件，研究了LED器件的发光特性。.本项目经过4年研究，以上各项研究内容按计划完成，全面实现预期指标，达到预期目标。主要成果如下：.（1）成功获得单层厚度小于2nm的短周期AlGaN/InGaN超晶格新型AlGaInN材料，与蓝光InGaN晶格匹配的Al/In组分为4:1，具有良好的发光特性。.（2） 制备了短周期AlGaN/InGaN超晶格新型AlGaInN材料为势垒、InGaN材料为势阱的多量子阱结构。在变激发功率PL测量发光峰下无蓝移，表面形貌V-pits密度极低为4.6x105cm-2，证明该结构中晶格匹配良好，基本消除晶格失配带来的应变应力。.（3）发现四元量子阱相对于普通量子阱，很少受到极化电场的影响，表现出峰位基本不移动，较窄的半峰宽和超过一倍的发光效率。.（4）外延制备了以AlGaInN 短周期超晶格材料为垒的多量子阱LED结构，制备出小功率芯片，相对于普通量子阱LED，发光强度显著增加30%以上，证明该结构中晶格匹配良好，削弱了结构内的量子斯塔克效应，发光效率得到提高。所取得的成果对后续的高效率LED制备提供了认识基础。.（5）发表SCI收录论文14篇，发表会议论文15篇，申请发明专利6项，毕业硕士8人，毕业博士4人，获2011年中国产学研合作创新奖和2011年江苏省第三期“333工程”突出贡献奖。