李思宏，侯 想，罗荣煌，刘 杨，钟梦洁，罗学涛*

(1． 厦门大学 材料学院，福建 厦门 361000； 2． 福建中晶科技有限公司，福建 龙岩 364000)

1 引 言

近年来，氮化镓(GaN)半导体材料因其在发光器件、大功率和高频器件上的应用而引起了广泛的研究兴趣[1-3]。目前能够用于GaN生长的异质衬底主要有硅衬底、碳化硅和蓝宝石。由于异质衬底与GaN外延层之间较大的晶格失配和热失配，导致GaN外延层存在较高的位错密度[4-5]，这些位错充当非辐射复合中心[6]和电子散射中心[7]，使GaN基发光二极管(LED)器件的内量子效率下降；另外，GaN与空气的全反射也会降低LED的光提取效率，从而降低了LED器件的光学和电性能。为了解决这些问题，已经提出许多方法，例如采用侧向外延生长(ELOG)技术[8]来改善GaN外延薄膜的晶体质量，或者采用光子晶体技术[9]、表面粗化技术[10]以及图形化蓝宝石衬底(Patterned sapphire substrate,PSS)技术[11]等均可以有效提高LED器件的光提取效率。其中，特别是PSS的使用引起了广泛的关注。据报道[12-13]，PSS能够使GaN外延生长由纵向变成横向，降低了GaN外延材料的位错密度，从而提高内量子效率；此外，非平整的GaN/蓝宝石表面可以改变有源层发出光的传播方向，避免GaN与空气间因折射率差太大而造成的内部全反射，增加了光子的散射，提高了光的出射概率，使光提取效率增加。

然而，对于常规PSS，工业化路线已经相对成熟，亮度提高已经达到了理论极限，如何在蓝宝石衬底材料体系的大前提下，进一步提升 LED 的发光性能，是我们所关注的焦点。据Lin[14]报道，采用折射率低于蓝宝石衬底(1.78)的纳米粒子衬底，可以提高LED的外量子效率；……