GaN基发光二极管（LED）因具有节能环保的优点,已被广泛应用于照明和显示等领域。目前,商用GaN基LED均生长在极性（0001）晶面上,外延结构中强的极化电场引起了严重的量子限制斯塔克效应,进一步导致了效率骤降,特别是在绿光波段这一现象更加严重,限制了LED性能的进一步提升和其进一步的应用。与极性晶面相比,半极性晶面内的极化电场会明显减弱,效率骤降能得到明显改善。因此,研究半极性GaN基LED外延结构具有重要意义。本论文理论研究了半极性（10（?）1）晶面GaN基LED的极化电场,分析了不同外延结构的光电性能,优化了绿光LED的量子垒（QB）组分。主要研究内容和结果如下:（1）采用SiLENSe半导体模拟软件研究了极性（0001）晶面和半极性（10（?）1）晶面GaN基蓝光LED外延结构的光电性能。通过InGaN/GaN单量子阱模型分析了极化强度随晶面取向的变化关系,表明半极性（10（?）1）晶面InGaN量子阱（QW）中的静电场发生了反转。随后通过InGaN/GaN多量子阱模型详细研究了极性（0001）晶面和半极性（10（?）1）晶面GaN基蓝光LED外延结构的光电性能,结果表明InGaN QW中的静电场反转提高了QB的电子阻挡能力:与（0001）晶面相比,（10（?）1）晶面GaN QB的平均势垒高度提高了约63 meV,有效抑制了电子泄露。加之,由于半极性面极化有关的电场减小,电子阻挡层的电子阻挡势垒提高了166 meV,空穴注入势垒降低了120 meV,促进了有源区载流子的均匀分布,提高了辐射复合效率,缓解了效率骤降。（2）研究了（10（?）1）晶面绿光LED在不同位错密度、电子阻挡层以及量子阱厚度下的外延结构的光电性能。结果表明降低位错密度可以促进电子的横向扩散,降低开启电压,抑制非辐射复合;无电子阻挡层的结构虽会引起载流子泄露,但即使在大电流密度下也不会急剧降低器件性能,特别是内量子效率曲线与有电子阻挡层的常规结构几乎重合;对于无电子阻挡层的外延结构,随着阱厚的增加,阱中电场减小,垒中电场增加,阱厚太小,载流子泄露严重,阱厚太大,电子与空穴波函数重叠减小,不利于发生辐射复合。（3）研究了（10（?）1）晶面绿光LED外延结构的量子垒组成对其性能的影响,结果表明四元AlInGaN材料在降低阱垒界面极化电场上有很大优势,而且由于静电场反转提高了电子阻挡势垒,所以与InGaN晶格匹配的低Al摩尔分数的小带隙AlInGaN QB更能促进空穴在有源区的传输,实现载流子的匹配分布,进一步缓解效率骤降。