随着半导体器件理论及技术的发展,以半导体材料及P-N结为基元的光电子器件得到了越来越广泛的应用,其中较为典型的便是半导体氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)和半导体太阳能电池。虽然这两类器件目前已被广为应用,但其表现出来的许多物理问题至今未得到揭示,这极大的制约了半导体器件物理基础的发展。其中较为突出的实验现象便是LED中表出来的“效率降低”以及负电容现象,太阳能电池中表现出的负电容现象等。本论文主要针对上述反常现象进行研究,具体工作可概括如下:1.结合多种电学特性表征方法,精确测量了不同阱宽的GaN基多量子阱LED的电学特性,分析和比较了各种方法得到的电学参量;利用课题组自建的AC-IV方法,得到了LED器件的结特性;比较了量子阱宽度对LED各种电学参量的影响,指出其随阱宽的变化规律;观察到了多量子阱LED中存在的负电容现象,并利用强复合发光定性解释了负电容现象。2.将LED的发光功率与ABC模型相结合,估算了LED内量子效率和载流子浓度及多种复合系数,并判定A、B和C哪一项对效率降低贡献最明显。3.分析了LED的光谱特性,认为其蓝移现象主要是由莫斯-布尔斯坦效应(Moss-Burstein effect)引起。4.由于实验已确定太阳能电池也将表现出类似于LED中的负电容现象,我们借助于LED中的复合模型详细推导了染料敏化太阳能电池的多个电学参量,分析得出辐射复合会产生负的电容值。借助于复合电容,提出了一种能够解释太阳能电池的负终端电容的等效电路。本论文有关半导体LED的研究结果不仅可以证实肖克莱有关扩散电容的理论是存在缺陷的,而且可为器件的量子阱结构优化提供指导;有关染料敏化太阳能电池输运特性的研究结果将对太阳电池的结构优化以及内部输运机制提供理论指导。