GaN基发光二极管（Light emitting diodes,LEDs）作为第四代固态照明光源,具有电光转换效率高、工作寿命长和化学稳定性好等优点,在固态照明、显示器件和可见光通信等领域具有广泛应用。目前,采用蓝光LED激发黄色荧光粉为市场主流的白光照明方式,然而这种照明方式会引发蓝光危害等光健康问题。开发具有低色温、高显色指数和高光效等高品质的白光LED是发展健康照明的关键,在RGB三基色白光LED中加入黄光LED是提高LED照明品质的一种可行方案,但InGaN基LED在黄光波段发光效率较低。因此,提高InGaN基黄光LED的内量子效率是发展高品质多基色白光LED的研究重点。制约InGaN基黄光LED内量子效率提升的主要因素包括衬底与外延材料的晶格失配、量子阱中的极化电场和量子效率衰减效应等。本文研究了图形化蓝宝石衬底（Patterned sapphire substrate,PSS）对黄光LED外延层晶体质量的影响。开发了一种复合成核层技术缓解晶格失配,提高黄光LED外延层晶体质量。通过对多量子阱中的垒层In掺杂的优化设计,提高载流子注入,改善量子效率衰减效应,有效抑制了量子限制斯塔克效应（Quantum-confined stark effect,QCSE）对发光性能的影响。具体研究内容如下:1.研究了图形化蓝宝石衬底对InGaN基黄光LED晶体质量和发光特性的影响。通过对比在平片蓝宝石衬底（Flat sapphire substrate,FSS）上生长的InGaN基黄光LED,分别研究了锥形PSS和凹坑形PSS对InGaN基黄光LED的位错密度、发光强度和载流子寿命的影响。透射电子显微镜（Transmission electron microscopy,TEM）和X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）表征分析发现,锥形PSS和凹坑形PSS能够有效降低InGaN基黄光LED外延层的位错密度,提高黄光LED外延层的晶体质量。与凹坑形PSS相比,锥形PSS对降低黄光LED外延层位错密度的效果更显著。光致发光（Photoluminescence,PL）光谱分析发现,锥形PSS和凹坑形PSS上外延生长黄光LED的发光强度分别是FSS上外延生长黄光LED的3.9倍和1.8倍。时间分辨PL光谱分析发现,相比FSS上外延生长的黄光LED,锥形PSS和凹坑形PSS上外延生长的黄光LED在快衰减和慢衰减过程中均表现出更长的载流子寿命。2.开发了一种由溅射AlN层和中温GaN层组成的复合成核层提高InGaN基黄光LED的内量子效率。系统地研究了在溅射Al N成核层和复合成核层上生长的InGaN基黄光LED的晶体质量和光学性能,揭示了复合成核层对黄光LED内量子效率的影响机制。分别采用TEM、XRD、拉曼光谱、变温PL光谱和电致发光光谱对黄光LED进行表征分析。实验结果发现,复合成核层能够在外延层中诱导产生堆垛层错,有效降低外延层中的位错密度和残余应力。在溅射Al N成核层和复合成核层上生长的黄光LED外延层中的位错密度分别为7.18×10~8 cm-2和6.23×10~8 cm-2,压应力分别为482.71 MPa和266.38 MPa。通过变温PL光谱计算得到在溅射Al N成核层和复合成核层上生长的黄光LED的内量子效率（室温295 K）分别为12.5%和29.8%。3.对InGaN基黄光LED多量子阱中垒层In掺杂进行优化设计,仿真分析了垒层中3%In组分均匀掺杂、沿[0001]晶向In组分掺杂量由6%线性减少至0、沿[0001]晶向In组分掺杂量由0线性增加至6%这三种掺杂策略对黄光LED能带结构、极化电场、载流子输运和内量子效率的影响。仿真结果发现,In组分沿[0001]晶向线性增加的InGaN垒层一方面可以有效降低多量子阱中电子输运的势垒高度,增强电子在多量子阱中的输运,另一方面提高了p-AlGaN电子阻挡层的电子有效势垒高度,从而减少电子泄漏,提高了多量子阱中电子浓度。In组分沿[0001]晶向线性减少的InGaN垒层一方面可以降低多量子阱中空穴输运的势垒高度,增强空穴在多量子阱中的输运,另一方面降低了p-AlGaN电子阻挡层的空穴有效势垒高度,从而提高了多量子阱中空穴浓度。此外,In组分沿[0001]晶向线性增加的InGaN垒层可以降低黄光LED阱层的能带倾斜,缓解QCSE效应和量子效率衰减,提高辐射复合速率。