发光二极管(LED)是一种固体冷光源，具有体积小、耗能少、响应速度快、抗震性好和寿命长等优点，在光电、通信系统中得到广泛应用。最近二十年，以A1GaInN材料为基础的白光LED取得重要突破和快速发展，被誉为“21世纪照明光源”，有望取代白炽灯、荧光灯等传统光源。在背光源、汽车前照灯和通用照明市场等领域也有广泛的应用。 探讨如何提高LED器件的发光效率仍然是LED业界研究的焦点和热点。发光效率高低是一个LED芯片质量的重要表征，因此：优化芯片整体设计，进一步提高LED发光效率是一个极具意义的课题。 具有高有源区材料质量、设计合理的LED芯片结构当中，大部分的光损耗主要来源于以下几种原因：第一，与有源区相邻的透明限制层材料的吸收；第二，窗口层材料的吸收。第三，有源区的吸收。然而，有源区吸收的光子具有再发射的过程，即对所发射光子的再次吸收及再次发射，光子因此得以循环利用。这一效应将最终决定LD的阈值和LED功率转换效率。 然而LED光提取效率依赖于光子循环效率因子。有源层通过光子的再吸收而产生的载流子通过辐射复合使得光子再生，这一再生光子将再次获得出射的机会，并以同样的出射几率逃逸出半导体材料结构。因此，光子的出射几率依赖光子循环效率，与有源层厚度，器件结构、材料生长质量等因素有关。从能量的角度而言，通过光泵浦或电注入的能量，在最终转化为逃逸的光子或源于非辐射过程的热损耗这两种形式之前，将被平均的循环利用多次。 光子晶体辅助技术被用于高亮度高效率的LED当中，这源于光子的产生和循环，即对自发辐射的控制，实际上，作为反射镜腔和衍射元，光子晶体的利用有效提取了波导模，增加了光子的提取效率。 本论文主要研究内容主要包括如下几方面。其中，着重探讨了光子循环问题对LED发光效率的影响。 1.提出了：对具有高自发辐射率有源区材料的LED，光子循环效应对光提取效率的进一步提高起着重要作用。考虑光子循环效应的速率方程时，需要计及电注入和自身光泵浦两方面作用。 2.明确了：其他研究小组将传统观念的内量子效率根据光子循环的观念给与了修正和新的定义。 3.建立模型，理论计算：利用平板模型计算讨论了光子循环效应对实际LED光提取效率的影响，给出更加合理的LED外量子效率模型。 4.对比实验结果与模拟分析：利用Thomas Swan MOCVD system生长的小同高质量LED芯片。对生长的LED芯片进行测量和分析。 5.分析结果表明：更加合理的有源区结构及厚度设计，整体外延层生长参数的优化、高反射率DBR结构或底叫金属反射镜、衬底处理是进一步提高LED外量子效率的有效方法。