近年来，GaN基发光二极管(light-emitting diodes，LEDs)作为新一代固态照明光源得到了迅猛的发展。目前GaN基蓝光LED始终被热烈讨论和研究，人们所研究的热点为严重的极化效应及在大电流注入下的“效率下降”现象，它们都在很大程度上影响了发光二极管的光电性能。在三族氮化物中，有源区的极化效应会产生强大的极化电场，它会极大地改变LED的能带结构。尤其是在有源区的量子阱中，能带发生倾斜，电子和空穴分开分别局限于量子阱两侧，使得载流子参与辐射复合而发光的机会大大减小，因此降低了量子阱的发光效率。极化效应会使LED的发光波长发生红移，从而降低通过光谱所得材料组分的准确度；极化效应还会增强量子阱结构对阱宽和垒厚的依赖性。在高电流注入下，虽然可用于发光的载流子数目增加了，但LED的发光效率并没有随着注入电流的增加有所提高反而呈下降的趋势，效率下降问题已经成为限制LED发展的一个瓶颈。许多研究指出，导致效率下降的原因可能是极化效应、电子泄露、差的空穴注入、外延缺陷、俄歇复合等。因此，在高电流注入下，LED的发光效率受到了极大地限制。到目前为止，已经有很多优秀的研究团队对如何减小氮化物的极化电场及如何改善在高注入电流下的效率下降现象进行研究，期望有效改善LED的光电性能。本论文将继续寻找减小极化效应及改善效率下降的LED器件结构优化设计。本论文的研究重点在于如何有效减小InGaN LED的极化效应及有效改善效率下降现象，具体的研究内容和研究成果主要包括：1.研究In组分梯度渐变多量子阱(MQW)结构对InGaN蓝光LED光电性能的影响。模拟结果表明，In组分梯度渐变MQW结构能够有效地减小LED有源区的极化效应，使得电子与空穴的波函数重叠率提高，提高辐射复合率，从而提高内量子效率，所以LED器件的输出功率大大地增强了。此外，效率下降现象和发光波长的稳定性也得到了显著的改善。2.通过对LED中电子阻挡层(EBL)的能带结构进行设计，研究新设计的EBL对InGaN/GaN蓝光LED光电性能的影响，并对新设计的EBL结构进行系统地优化，找出最佳设计方案。模拟结果表明，新设计的EBL结构通过修剪极化，能够有效减小LB/EBL界面的极化效应，增强空穴注入效率和电子束缚能力，从而改善效率下降现象，提高蓝光LED的光电学性能。3.通过对LED有源区的垒厚进行设计，研究不同垒厚设计对LED发光性能的影响。本文提出了用从n边到p边逐渐减小垒厚的结构取代相等垒厚的传统结构，在靠近n-GaN层采用较厚的垒用于增加电子传输距离，然而在靠近p-GaN层采用较薄的垒用于减小空穴传输距离。模拟结果表明，所提出的结构能够增强空穴注入且空穴分布更均匀，从而显著增强InGaN蓝光LED的发光效率并改善高电流注入下的效率下降现象。