氮化物发光二极管(Light-emitting diodes)是当前非常具有发展前景的固态光源,应用于各个领域,如固态照明、平板显示、交通汽车、消费电子等。然而GaN基LED的内量子效率受到空穴注入等因素的影响。对空穴注入效率影响较大的是p-型电子阻挡层(p-EBL),其势垒阻碍了空穴注入;另外,室温下Mg的低电离率和低空穴迁移率都给空穴注入带来了一定的难度;此外,量子阱/量子垒界面处的价带阶跃(valence band offset)也导致了空穴在有源区分布不均匀。在提高空穴注入效率方面,研究人员已经提出了多种结构,包括对p-型电子阻挡层、量子阱、空穴注入层等结构的设计。这些新型结构为提高GaN基LED的光电特性提供了新思路,具有重要意义。本文提出了一种通过提高空穴注入效率来提高内量子效率的方法,并对多个影响因素进行深入研究。第一、我们提出了一种介电调控空穴注入层结构,它由n+-GaN/AlGaN/p+-GaN构成。其中AlGaN的介电常数小于GaN的介电常数。针对具备该介电调控空穴注入层的LED,我们进行了理论层面的探索,并同标准的LED结构和具备n+-GaN/p+-GaN隧穿结的LED结构进行了光电性能的对比。结果表明,我们提出的结构可以有效增加隧穿结内部电场,提升载流子隧穿几率,并有效改善电流扩展效应,从而提高了有源区中空穴浓度,最终提升了内量子效率。第二、我们探究了 n+-GaN/AlGaN/p+-GaN介电调控空穴注入层中夹层介电常数对器件的影响。我们发现较小的介电常数可以增强隧穿结中电场并因此获得高空穴浓度。但是介电常数与AlGaN层中Al组分的大小密切相关,即,AlGaN层介电常数会随着Al组分的增加而减小;然而AlGaN层中Al组分的增加又会影响着LED器件的电流扩展效应,所以各个因素之间相互影响,在本项工作中,我们将给予全面的探索和诠释。第三、我们指出,决定n+-GaN/AlGaN/p+-GaN隧穿结耗尽区宽度的另一个重要参数就是厚度,通过优化插入层AlGaN的厚度,LED器件则可以获得一个更好的电流扩展效应和高效的空穴注入。故而我们认为只有对n+-GaN/AlGaN/p+-GaN隧穿结中AlGaN层的厚度把握得当,那么才能最大程度上使器件的性能得到优化。