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近年来，发光二极管(LED)的性能得到了显著的提升，在户外照明、汽车车灯、背光显示及微电子器件方面得到了广泛的应用。但是仍然有一些问题阻碍LED更广泛的应用。首先，LED的发光效率仍然有待进一步提高，单位流明的成本有待进一步降低，这阻碍着LED进入通用照明市场。另外，LED的效率在小电流下达到饱和，随着注入电流的进一步增大，LED的发光效率会急剧下降，这种现象通常被称为LED的效率衰减问题，阻碍LED在大功率照明方面的应用。针对LED在大注入电流下效率衰减的机制，众多研究者提出了不同的解释，包括俄歇复合[1]，电子泄漏[2，3]，空穴注入不足[3，4]等。其中不足的电子阻挡及空穴注入效率过低被认为是导致效率衰减问题的最主要原因。众所周知，电子的有效质量较小，迁移率较高，可以轻易越过多量子阱区域到达p型层与空穴复合，降低发光效率，同时减小空穴浓度，不利于空穴向多量子阱区域的注入；而空穴的有效质量较大，迁移率较低，很难有效地穿过多量子阱区域的GaN势垒，因此导致空穴在多量子阱区域分布不均匀，不利于电子与空穴在多量子阱区域的辐射复合。由于GaN基LED一般在C面蓝宝石衬底上生长，所以GaN基LED器件中有较强的自发极化，这会导致LED器件中较强的内建电场，多量子阱区域较强的内建电场会导致电子和空穴波函数的分离，降低电子和空穴辐射复合速率，进而导致较低的发光效率。另外，内建电场会导致多量子阱区域的能带弯曲，这阻碍空穴在多量子阱区域的均匀分布，同时也不利于电子在多量子阱中的限制。LED器件中较强的自发极化及压电极化导致的电子泄漏及空穴注入不足的问题是导致效率衰减的主要原因。 本文采用Thomas Swan MOVPE系统生长了不同结构的LED外延片，并制备成LED芯片测试其光学、电学性能。采用Crosslight公司的APSYS软件深入分析不同外延片结构对LED性能的影响，系统研究导致LED在大注入电流下的效率衰减问题的机制并提出创新性的结构设计以改善LED的效率衰减问题，获得了如下有创新和意义的研究成果： 1.在多量子阱和AlGaN电子阻挡层之间加入P型In0.05Ga0.95N/GaN超晶格作为空穴注入层。实验结果表明，加入P型In0.05Ga0.95N/GaN超晶格可以有效增加LED的发光效率，并且在大注入电流下的效率衰减问题也得到有效缓解，模拟结果表明，P型In0.05Ga0.95N/GaN超晶格空穴注入层可以有效的增加空穴注入，减小电子泄漏，进而改善LED的效率衰减问题。 2.系统研究了具有不同Al组分变化趋势的多层AlGaN电子阻挡层对LED性能的影响。研究结果表明：Al组分逐层递减的AlGaN多层电子阻挡层能增强LED的光功率，改善效率衰减问题；而Al组分逐层递增的AlGaN多层电子阻挡层会导致光功率降低，效率衰减问题更加严重。 3.系统研究了GaN基LED垒层P型掺杂量的分布对LED性能的影响。研究结果表明：当所有的垒掺杂量集中于最后一个垒时，LED的光功率最强，效率衰减明显改善。