作为宽禁带直接带隙半导体,Ⅲ族氮化物材料体系的禁带宽度覆盖了从紫外光波段到可见波段再到近红外波段,广泛应用于固态照明器件及紫外光电子器件之中。GaN基LEDs在节能减排、环境保护等方面相比于传统照明光源有着巨大的优势。经过几十年的发展,得益于材料质量的不断提高和新型器件结构的设计,LED的发光效率得到不断地提高,被广泛应用于照明、背光源等领域。然而,如何提高长波长GaN基LEDs的发光效率,并将其应用于高分辨显示、可见光通讯等领域中,仍旧是科研工作者关注的前沿问题之一。本文采用分子束外延技术,围绕提高长波长LEDs的发光效率,尝试采用“自下而上”和“自上而下”两种方法制备微型LEDs结构和InGaN/GaN多量子阱纳米柱结构,研究了其材料外延生长机制和器件的光电特性。得到了如下结论:1.针对MBE外延GaN界面处位错难于控制这一问题,本文研究了表面Ga原子层控制、N等离子体辅助热分解以及N等离子体循环刻蚀等技术。研究结果表明:表面Ga原子层控制技术的引入,精确控制了外延过程中样品衬底表面金属原子层的厚度;N等离子体辅助热分解技术的研究,有效解决了样品衬底表面氧化层的存在;N等离子体循环刻蚀技术的探索,成功抑制了外延界面处不良微结构的产生。借助于RHEED以及TEM等表征手段证实了采用上述技术路线在自支撑GaN衬底上制备的同质GaN外延薄膜的位错密度可以降低至5×10~5cm~(-2)。2.针对绿光LED器件的发光效率低的问题,本文利用PA-MBE技术在绿光LED外延片上外延出具有n~( )/n~ 结构的GaN外延层,从而与LEDs外延片顶部p~ -GaN形成p~ /n~( )/n~ 结构的隧道结。利用MBE对外延层界面控制的优势以及通过对GaN外延层的重掺(≈10~(20)/cm~3)有效降低了隧道长度,提高了正向小偏压下载流子的带间隧穿概率。与传统结构的Micro-LEDs相比,隧道结的引入不仅简化了器件的制备工艺,而且还提高了器件的发光效率。在注入电流密度为32A/cm~2时,隧道结Micro-LEDs和传统结构的Micro-LEDs的Droop衰减比率分别为75%和53%。3.采用PA-MBE技术在Si(111)衬底上采用AlN成核层进行自组装GaN纳米柱的生长,以及GaN纳米柱基长波长InGaN/GaN多量子阱结构的外延生长。提出采用高温退火氮化技术对低温沉积的金属Al进行处理来抑制GaN纳米柱底部寄生GaN的生长;分析并提出了该生长条件下Ga吸附原子的运动扩散模型;探索了生长温度及Ga/N比对自组装GaN纳米柱形貌的影响;通过控制不同量子阱的生长温度,实现波长在橙、红光范围的长波长复合光InGaN/GaN纳米柱多量子阱结构的制备。