1.1 研究目的及意义

近期，随着科技的发展，大功率发光二极管得到大规模的使用，尤其是在照明领域，新型的LED灯逐渐开始取代常用的荧光灯和白炽灯。LED灯的大规模应用也使其性能要求受到了了严峻的挑战，尤其是在LED芯片这部分。众所周知，一块芯片的好坏直接关系到LED的发光效率和亮度等性能指标，而芯片的好坏受很多因素影响，其中相当重要的就是衬底的性能如何。

目前，由于高质量的GaN晶体难以制备，成本过高，GaN同质衬底目前还不具备大规模生产的条件，所以现在常用蓝宝石，Si以及SiC等材料来制备GaN基LED衬底。而蓝宝石则因其低廉的成本，物理化学性质稳定，得到广泛的应用。但由于蓝宝石衬底与GaN薄膜晶格常数不同，之间存在热膨胀系数失配（34%）以及严重的晶格常数失配（16%），这使得GaN薄膜与蓝宝石衬底之间线性位错密度达到109-1010CM-2。线性位错密度过高导致外延薄膜的光学和电学性质受到影响，这就降低了元器件的寿命和内量子效率。除此之外，空气的折射率n=1,GaN的折射率n=2.5,蓝宝石衬底的折射率n=1.78，这就导致光逃逸角锥的临界角很小，使发光层产生的光子只有小部分射出，其中大量的光子在进行内部全反射后逐渐转化为热量。

因此，为了提高GaN基LED的输出功率，就需要提高芯片的光提取效率和内量子效率。国际上出现了多种解决方案，最受大家关注的便是采用图形化蓝宝石作为衬底来制备GaN基LED，目前在LED行业，大多数的企业都使用蓝宝石作为衬底材料来生长GaN基LED，因为业界在LED亮度的提高方面要求越来越高，为了提高出光的效率，层出不穷的方法得到了实施，图形化衬底技术就是其中较为成功的一种方法。据报道通过使用图形化蓝宝石衬底（ＰＳＳ）不仅可以降低位错密度，也提高了光提取效率。ＰＳＳ技术因其高产量备受关注，这是由于其在单一生长过程中没有任何中断。然而，它需要一个相对较长的生长时间，因为在这种模式下生长他需要同时刻蚀和不刻蚀蓝宝石，合并图案的两个区需要同一生长水平来获得平滑的生长表面，因此这就必需要大量的时间。在我们以往的研究中，一个高品质的InGaN/GaN晶片是采用金属－有机化学气相沉积(MOCVD)生长在锥形的图形化蓝宝石衬底(CSPSS)上的。在ＣＳＰＳＳ上ＧａＮ的生长模式是类似的横向外延生长（ＥＬＯＧ），因为在初始阶段，只在蓝宝石基底上水平生长，而在锥区则不会优先水平生长。相比于常规ＰＳＳ生长情况，这可以减少获得光滑表面的图形化区域生长所需的生长时间。为了适应白光ＬＥＤ的大规模生产，同样重要的是要知道ＧａＮ和蓝宝石交界面的光散射以及结合蓝光ＬＥＤ和荧光粉的颜色转换。本文主要是研究用飞秒激光器刻蚀蓝宝石衬底`优尔^文*论[文]网www.youerw.com，镀膜后从其发光光谱，PL谱以及XRD图谱分析其性能指标，为后续的开发应用提供依据。

表格 1 各种衬底材料对比

材料 蓝宝石（Al2O3） 碳化硅（SiC） 硅（Si） 氮化镓（GaN） 砷化镓

（GaAs）

优点 化学稳定性好；对光吸收少；尺寸大 晶格失配低；化学稳定性好；导热性好；导电性好；对光吸收少 导热性好；导电性好；易于机械加工；尺寸大；价格低 晶格结构相同