侯 想 刘熠新 钟梦洁 林 赛 刘 杨 罗荣煌罗学涛 张 飒

1.福建中晶科技有限公司，龙岩，364101 2.厦门大学材料学院，厦门，3610053.厦门大学福建省特种先进材料重点实验室，厦门，361005

0 引言

GaN基发光二极管(LED)具有体积小、质量小、寿命长等优点，已经被广泛用于固态照明、交通信号灯、汽车前向照明、短程光学通信和生物传感器等领域[1-3]。蓝宝石(Al2O3)具有良好的化学物理稳定性和透光性以及低廉的价格[4-5]，成为制备GaN基LED外延衬底的理想材料，但是由于GaN外延层与蓝宝石衬底之间存在着大约16%的晶格失配度和26%的热膨胀系数失配度，在平面蓝宝石衬底上生长出的GaN外延层存在108～1010cm-2的缺陷密度，会严重降低芯片的发光效率。而在平面蓝宝石衬底上制备规则排列的周期性图形后再进行外延生长能够提高GaN基LED器件的内量子效率和光提取效率。这是因为图形的存在能够减少从蓝宝石与CaN界面处生长并进入有源区的线位错密度，提高GaN晶体质量；同时，图形的侧壁可以改变入射光线的方向，增加光的漫反射，提高器件的光提取效率[6-8]。基于以上优势，图形化蓝宝石衬底(patterned sapphire substrate，PSS)在GaN基LED工业级生产中得到了广泛应用。

最新研究表明，PSS上微图形的高度[9]、面积[10]和周期[11](相邻图形中心点之间的距离)的变化均会对LED的光学性能产生影响。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)测量微图形大小并计算微图形面积(占空比)发现，微图形面积的增大会使得来自有源层发射光的反射增加，从而使得外延生长出的LED发光效率提高[10]。……