深紫外LED应用广泛，但是价格高昂，这主要是由于目前主流深紫外外延片使用的生产装备多为小型MOCVD。但是大型MOCVD在蓝宝石衬底上外延生长AlN时，除了面临晶格失配和热失配的困难外，由于反应炉较大，炉内热场和流场难以控制，而且预反应强烈，因此目前还很难使用大型MOCVD生长出高质量的AlN外延层。本文为了寻找可以实现大产量工业MOCVD设备生产高性能深紫外LED的工艺，探索了不同缓冲层或缓冲层组合上外延生长高温AlN，不同厚度溅射成核层上生长高温AlN，以及在溅射成核层生长深紫外LED。取得的主要研究成果如下：

1.        使用大型工业MOCVD设备，在不同缓冲层及缓冲层组合上外延生长1200℃的高温AlN。通过比较模板表面粗糙度和样品的摇摆曲线半高宽，结果表明，如果生长在蓝宝石衬底上的缓冲层质量较好，然后再用大型工业MOCVD在缓冲层上生长高温AlN外延层，有可能生长出高质量的AlN材料。基本可以确定，缓冲层（成核层）对生长环境非常敏感，另外高温AlN的晶体质量对缓冲层（成核层）质量非常敏感，值得庆幸的是高温AlN的晶体质量对生长环境的要求较为宽松，这为通过提高缓冲层（成核层）质量实现大型工业MOCVD外延高质量的AlN材料提供了可行性保障。

2.        使用大型工业MOCVD，在原位成核层上生长一层1250℃的高温AlN外延层，螺位错密度和刃位错密度分别高达 2.54×10⁹ cm^-2 和 2.88× 10¹⁰ cm^-2，结果表明，采用两步法外延，难以使大型工业MOCVD设备生长出高质量的AlN外延层。当在25nm、50nm和100nm厚的溅射成核层上，使用大型工业MOCVD，生长一层900nm厚的1250℃的高温AlN外延层， AlN模板的螺位错密度分别为9.77 × 10⁶、 1.65 × 10⁷和 1.11 × 10⁸ cm^-2 ，刃位错密度分别为1.46 × 10¹⁰、8.91 × 10⁹和 6.70 × 10⁹ cm^-2。溅射成核层的厚度增加，螺位错随之增加，但是刃位错密度却是降低的，两种位错密度之和随着溅射成核层厚度增加而降低。本实验结果表明，相比原位形核层，溅射成核层可以有效地降低预反应等带来的危害，提供了高质量的成核层。采用溅射成核层可以实现使用大型工业MOCVD设备生长出质量相对较好的AlN外延层。

3.        使用大型工业MOCVD设备在50nm厚溅射成核层上生长深紫外LED外延片，成功地制备出可以商业化应用的282nm深紫外LED芯片。该深紫外LED芯片，在注入电流为20mA时，光输出功率达到1.65mW，对应的外量子效率为1.87%。在注入电流为60mA时，达到饱和光输出功率4.31mW。此外，还在50nm厚溅射成核层上，使用大型工业MOCVD制备出波长为274nm的UVC-LED。在注入电流为20mA时，单颗UVC-LED的光输出功率达到0.51mW，对应的外量子效率为0.56%。综上，本文所述方法，非常有潜力成为实现深紫外LED低成本大规模量产的重要方法。