发光二极管(light-emitting diode，LED)因具有高效、节能环保、长寿命、体积小等优点，有望代替传统的白炽灯、荧光灯及气体放电灯成为新一代的照明光源，引起了产业及科研领域的广泛关注。自1962年第一只LED诞生至今，LED的各方面性能都得到了极大的提升，应用领域也越来越广，尤其是上世纪90年代初期GaN基蓝、绿光LED的研发成功，不仅使LED发光的颜色扩展到整个可见光波段，而且使得半导体白光照明成为可能。GaN基LED作为LED家族的重要组成部分，近年来发展迅速，已经实现产业化，应用于我们生活的方方面面。　　 然而，依然有一些技术难题存在并且阻碍了GaN基LED在大功率、高亮度方面的发展和应用。比如，在当前技术条件下，小电流下的GaN基LED通常拥有高的内量子效率，遗憾的是，在达到峰值后(电流密度一般小于10A/cm2)内量子效率会随着电流密度的进一步增加而快速下降，致使在大电流下器件的内量子效率较低，研究人员称这种现象为效率下降(efficiency droop)，严重影响了GaN基LED的性能。为了解决该问题，科研人员经过多年的努力提出了几种物理机制用以解释效率下降现象，并在此基础上通过结构的设计优化极大的改善了器件的性能。本论文对已提出的物理机制以及设计优化方面的研究进展做了梳理与综述，并且利用APSYS仿真软件通过外延结构的设计优化获得了以下有创新、有意义的结果:　　 1.通过在GaN基LED外延结构的局部位置调制掺杂，利用形成的内建电场修正带边形状，改善了器件的内量子效率。具体而言，在挑选出来的量子阱垒层进行p型掺杂，控制局部的准费米能级，一方面使得载流子分布均匀，整体俄歇复合降低;另一方面使得电子阻挡层的有效势垒高度增加，电子泄漏减小。并且，在挑选出来的多个量子阱垒层同时p型掺杂，电子泄漏和整体俄歇复合的抑制能够在同一个器件中出现。　　 2.研究并展示了采用晶格匹配的InGaN/AlInN/InGaN代替传统的GaN做量子阱垒层对GaN基LED性能的改善。研究表明，采用InGaN/AlInN/InGaN垒层能够缓解LED活性区中的静电场，提高电子和空穴波函数的重叠，增强量子阱垒层对载流子的限制能力，减小电子泄漏。进一步研究表明，在采用InGaN/AlInN/InGaN垒层的LED中当把电子阻挡层移除后，器件的空穴注入效率提高，光输出功率和内量子效率进一步改善。