以InGaN材料作为有源区制备的氮化物基发光器件,其发光波长可以覆盖整个可见光范围,具有丰富的市场需求与广袤的应用前景,如发光二极管(LED)在固态照明、微型LED显示(micro-LED),蓝绿光激光器在投影显示、激光照明、光盘存储等应用领域都是决定性能的核心器件。InGaN量子阱作为激光器与LED的有源区,是决定器件发光效率的关键。究其原理,InGaN量子阱的发光是载流子在量子阱中辐射复合的结果,除辐射复合外,载流子还可能进行非辐射复合,而辐射复合与非辐射复合两者间的竞争关系决定了量子阱的内量子效率与增益。为了提升量子阱的内量子效率与增益,就有必要研究载流子在InGaN量子阱的复合过程。本论文围绕载流子稳态寿命的测量、辐射复合与非辐射复合寿命的分离、InGaN量子阱的辐射复合寿命、InGaN量子阱的非辐射复合寿命、复合过程在激光器有源区的应用这几个方面开展研究。在研究材料中载流子的复合过程时,常用的一种研究手段就是时间分辨光致发光(TRPL)实验,本论文提出一种新的测量稳态下载流子寿命的方法。在TRPL实验中,不再使用常规的脉冲激光器,而是使用调制下的准连续激光器作为激励源。在准连续激光器的激励下,可以直接测量得到稳态下载流子的寿命,结合变激发功率与变温实验,实现了辐射复合寿命与非辐射复合寿命的分离。在纤锌矿结构的c面InGaN量子阱中,较强的极化电场使能带发生倾斜,引起电子-空穴波函数分离与量子限制斯塔克效应,对带间跃迁的能量与辐射复合系数造成显著影响。本论文采用有限差分法进行数值计算,实现了一维薛定谔-泊松方程的自洽求解,得到了极化电场影响下量子阱中能级与波函数,并与变激发功率实验中测量得到的峰值发光能量与辐射复合系数进行比较,发现峰值发光能量与理论计算的值符合较好,而辐射复合系数随阱厚增加而减小的趋势并没有电子-空穴波函数重叠那样剧烈。肖克莱-里德-霍尔(SRH)复合是一种典型的非辐射复合,SRH复合降低有源区的内量子效率,影响器件性能。本论文基于变温实验系统分析了 InGaN量子阱中SRH复合寿命随量子阱厚度、量子阱数目的变化规律,发现了 SRH复合寿命随InGaN层总厚度增加而迅速增长的趋势,随后引入生长过程中,In原子俘获点缺陷,进而降低后续生长外延层中点缺陷密度的模型,结合缺陷激活能分析,解释了实验发现的InGaN量子阱中SRH复合寿命的变化规律。在蓝光激光器的有源区采用优化后的量子阱结构与生长参数,有效改善了激光器的性能,实现了阈值电流密度低于1 kA/cm2的蓝光激光器,器件性能与业界前沿水平相当。此外对绿光量子阱的非辐射复合与辐射复合进行了实验与理论分析,并通过与蓝光量子阱进行比较,得到了限制绿光量子阱效率的主要因素为In组分增加时辐射复合寿命的增加,为InGaN基蓝绿光激光器性能的进一步提升指明了方向。