硅基氮化镓半导体,已被成功用于制造具有单面出光的高光效蓝光、绿光和黄光发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)。这种新型基础型光电子材料,在生长过程中围绕位错形成的大V形坑结构,对提高发光器件综合性能起到了重要作用。本论文围绕该V形坑生长机理及其LED三维p-n结特性进行了系列实验与仿真研究,获得了以下创新性研究结果:1.揭示了硅基氮化镓薄膜中V形坑的形成与演变机理。通过对该薄膜图形化生长所带来的特有边界与内部生长特性进行比较这一创新方法,将V形坑的形成与合并机理,分别归结为其位错处生长速率的减小与增大所致,成功解释了温度、生长速率、铟组分等因素变化对V形坑生长状态的影响。2.改进了通常用于氮化镓LED光效分析的ABC模型。获得了大注入下,量子阱中辐射复合速率随温度、载流子浓度变化的关系。新的模型认为在温度不变的情况下,辐射复合速率随载流子浓度增大会达到上限。为理解氮化镓LED中载流子复合与生成机制提供了新的参考依据。3.利用半导体仿真软件ATLAS对硅基氮化镓含V形坑LED进行仿真研究,发展了一种对该器件结构内量子效率快速拟合的方法。通过对V形坑几何结构的细致建模,对器件中各层材料参数、物理模型的调整,在伏安特性、内量子效率、光谱形状三方面,在大电流密度下均获得了与实验比较接近的仿真结果。4.仿真结果发现,硅基氮化镓含V形坑LED中,水平p-n结的耗尽层比垂直p-n结的耗尽层更易导通。这是V形坑造成其工作电压降低的原因。实验观察到,大V形坑结构的存在会降低最后一个量子阱光致发光强度的新现象,其原因归结为,该三维p-n结存在横向内建电场,减小了光生载流子的复合几率。5.研究了硅基氮化镓含V形坑LED中量子垒生长温度(垒温)对其光电性能的影响,发现垒温会严重影响阱垒界面异质结的陡峭程度与晶体质量,继而影响光效。结果表明垒温高于阱温约150°C时,LED光效最佳。并使用本论文改进的ABC模型对该现象进行了拟合并做出了合理解释。本论文主要研究结果,已被南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心采纳,取得了实质性的效果,提升了硅基氮化镓LED材料和器件综合性能。有关发明专利尚未公开,不便详细阐述。本论文研究结果对硅基氮化镓含V形坑LED的材料生长、光电性能以及器件物理研究,均有参考价值与积极意义。