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以氮化镓（GaN）为代表的Ⅲ族氮化物半导体,是继Si和GaAs之后出现的第三代半导体材料,具有禁带宽度大、击穿电场强、电子迁移率高和热稳定性好等优异的材料特性。作为直接带隙化合物半导体,GaN、AlN、InN及其多元合金A1xInyGa1-x-yN的禁带宽度（0.76.2 eV）在红外到深紫外波段连续可调,非常适合制造高效的GaN基发光二极管（LED）。相比白炽灯、卤素灯等传统照明光源,GaN基LED具有功耗低、寿命长、体积小、响应速度快、绿色环保等突出优点,在固态照明、信息显示、汽车照明、生物医疗、检测、光通信以及光子集成等领域具有巨大的应用市场。因此,我国特别重视GaN基LED技术和相关产业的发展。目前,虽然GaN基LED技术已经取得了很大进步,但在一些大规模商业化应用中仍受到各种电学可靠性的限制,如过剩漏电流,高电场下的电学退化和击穿行为,以及大注入电流下的效率下降（efficiency droop）问题等。因此,深入研究此类可靠性问题,揭示其内部的物理机制,对进一步推动GaN基LED在照明、显示、光通信和检测等领域的应用具有重要的科学意义和实用价值。鉴于此,本论文针对GaN基LED的上述电学可靠性问题进行系统的测试与分析,深入探究其物理本质,给出改善器件性能的可行方法。论文的主要研究内容和结论如下:（1）基于变温电学测试和数据拟合,研究了GaN基蓝光LED反向漏电流的输运机制。通过深入分析实验器件的变温伏安（T-I-V）特性,提出了一个能够全面解释反向漏电流对偏压和温度依赖特性的新模型?“隧穿-跳跃输运模型”。在该模型中,电子的输运过程发生在靠近N型中性区的耗尽区边界,价带电子首先隧穿到电子准费米能级附近未被占据的局域态上,而后沿着电子准费米能级附近几个kT范围内的局域态进行连续跳跃,最终跳跃至导带;当温度T<200 K时,电子的输运过程呈现较弱的温度依赖特性,低场变程跳跃（VRH）占主导;当T>200 K时,最近邻跳跃（NNH）占主导。（2）基于微光显微镜（EMMI）、光束诱导电阻变化（OBIRCH）、扫描电子显微镜（SEM）和聚焦离子束（FIB）等先进测试技术,研究了GaN基蓝光LED在反向高压应力下的电流动态退化和电学击穿行为。提出在高压应力导致的动态退化过程中,反向漏电流的增加与“热点”（即失效点）累积数量的增加呈线性依赖关系,且热点的失效时间近似服从经典韦伯（Weibull）分布,对应于斜率分别为0.67和4.09两个不同的失效阶段,即早期失效和损耗失效;器件的电流击穿主要为由表面缺陷导致的瞬态放电击穿,具体击穿路径为从P型电极出发,沿着LED表面缺陷路径和台面侧面的垂直缺陷路径到N型电极。（3）基于变温光学测试和数值仿真分析,研究了温度对GaN基蓝光LED效率下降行为的影响。提出P-GaN区的空穴冻析效应对器件的正向电流传输行为具有重要影响,导致量子阱中的空穴浓度较低且分布不均匀。通过对变温光学数据的分析,澄清了温度对效率下降行为内在物理机制的影响。提出当T>200 K时,由于扩散-复合机制占主导,俄歇效应是引起效率下降的主要原因;而当T<200 K时,较低的空穴浓度导致库仑屏蔽场增强,过量的电子隧穿到P-GaN区直接与Mg受主发生非辐射复合,电子泄漏成为引起效率下降的主要原因。