GaN基蓝光发光二极管(lighting-emittingdiode,LED)作为重要的第四代照明光源的重要组成部分,具有高光效,长寿命的特点;但是随着工作电流的提高,会出现明显的效率衰减的问题,严重地制约着GaN基蓝光LED的进一步应用和发展。目前的国内外对引起效率衰减的根本机制还存在着较大争议,提出了诸多物理机制来解释这个现象,例如由于极化效应而引起的量子限制斯塔克效应(quantum-confined stark effect,QCSE),俄歇复合,差的空穴注入,电子泄露等机制。在众多可能的物理机制中,由极化效应所导致的发光区内载流子复合效率下降,以及LED中的电子泄漏被认为是最有可能引起效率衰减的原因之一。由于势垒层和量子阱层的晶格常数差异,在LED中会引入较强的极化电荷,极化电荷主要来源于自发极化和压电极化,由这些极化电荷所引起的极化效应会导致量子阱中的电子和空穴波函数分离,降低辐射复合率;此外,由于在氮化物半导体材料中空穴的有效质量远远大于电子,空穴从P型区向发光层的注入效率相对电子从n型区注入到发光层的注入效率要低得多。这样,大量载流子聚集在多量子阱区靠近p侧的最后一个量子阱中。导致大量电子泄漏到P侧,消耗P型区本来就不多的空穴,从而降低LED的光电性能。本文主要研究载流子在LED中的输运和复合机制,重点在于研究不同氮化物半导体材料特性对其光电性能的影响。在此研究基础上,对传统的LED结构进行了优化设计,以改善传统LED效率衰减问题。具体的工作如下:1.对传统的LED结构和含低In组分势垒层的LED结构进行对比研究。研究结果表明,采用低In组分势垒层结构能够有效地提高载流子在量子阱中的辐射复合能力,改善LED随工作电流增大而出现的效率衰减现象。分析发现这主要是由于发光层中的极化效应降低,量子阱中的电子和空穴波函数重叠提高。2.在含低In组分势垒层结构LED的研究基础上,设计了一种采用In组分渐变材料势垒层结构的LED。研究表明,所设计的具有特殊倒三角形能带的In组分渐变的势垒层结构能够有效的提高p侧最后一个势垒和电子阻挡层之间的有效电子势垒高度,并相对降低有效空穴势垒,从而进一步的提高了载流子的输运能力,改善了效率衰减现象。3.对GaN基蓝绿光LED的波长稳定性进行了实验研究,主要是通过调整MOCVD工艺参数,如生长时间,生长温度,气体流量等,以精确控制外延的厚度,In组分等,研究其对LED波长稳定性的影响。研究发现,生长工艺参数对波长稳定性有较大影响。这主要是因为在不同的生长工艺参数条件下,LED量子阱中的自由载流子浓度会有较大的变化,从而影响量子阱中的极化电场,最终导致不同的波长漂移。