目前，远程光纤通信技术和网络经济得到了飞速的发展，与之相比，短程光通信的发展却要慢得多。因此，短距离信息传输技术将是未来光电子技术应用的重点领域，低价、长寿命和高可靠性的光发射器件是短距离光纤传输技术实用化的关键。谐振腔发光二极管(RCLED)作为短程塑料光纤通信的光源，是介于垂直腔面发射激光器和发光二极管之间的一个很好的折中，具有良好的市场应用前景。从1992年提出RCLED概念和结构以来，其研究和发展就得到了普遍的关注。本文对RCLED重点进行了材料分析和器件设计，具体工作如下： 首先对传统平面LED在外量子效率方面面临的问题进行分析，指出介质折射率差产生的临界角是引起LED提取效率偏低的主要因素。RCLED相比传统LED，有更高的发光效率、更窄的光谱半宽和更小的远场发散角，从而拓宽了发光二极管的应用范围。 阐述了RCLED的F-P微腔理论，着重分析了组成谐振腔结构的重要组成一—布拉格反射镜(DBR)。讨论了用于红光LED的DBR在材料选择、折射率计算和光学性质等方面的特点。基于光学薄膜传输矩阵法模拟了反射率与DBR对数的关系和DBR的反射谱，并给出了DBR对RCLED特性影响的理论分析。 用X射线双晶衍射和荧光光谱法等手段对用于RCLED中的半导体材料进行了表征。为了了解RCLED器件结构中所用的不同外延材料的生长情况，实验中用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长了不同材料的单层结构，并对其进行了X射线双晶衍射实验和PL谱测试。用运动学等方法计算了单层材料的组分、厚度以及晶格失配，并通过与动力学理论模拟结果的对比分析，为RCLED器件的材料生长控制提供了参考。同时，生长了GaInP/AlGaInP量子阱结构，测试了XRD摇摆曲线和PL谱。在单层材料生长的基础上，分别制备了RCLED的上下DBR和谐振腔结构，测试了白光反射谱。由与模拟结果的比较分析，说明实验生长的DBR及谐振腔结构均符合设计要求。 实验设计并成功制备了RCLED器件。基于理论设计，实验生长了三种分别有15、10和5对AlGaInP上DBR的650nmRCLED，通过对器件的光谱半宽、光功率和光场分布进行的测试比较，得到15对上DBR的器件特性最好，在30mA注入电流下，其光谱半宽为13.4nm，输出功率为0.63mW。 PCLED和传统LED相比，当电流从3mA增加到30mA时，RCLED的峰值波长仅增加1nm，光谱半宽增加了1.7nm，而传统LED则分别增加了7nm和6.6nm，可见RCLED有好的波长稳定性。在相同30mA注入电流下，PCLED光功率提高了30％，光谱半宽减小了5.2nm。在20mA电流下，RCLED的远场发散角相比传统LED也减少了9°。