目前紫外LED的波段逐渐往深紫外短波方向发展，辐照强度也往大功率方向发展。但短波长的深紫外LED光效仍然处于一个较低的水平，有效的光电利用率不超过10%，还有超过90%的能量被浪费，这对深紫外LED的应用产生了极大的限制，并对改善其光效和整体性能的工艺、方法和技术提出了更高的要求。为了获得高光效的深紫外LED器件，本文从深紫外LED的光电转换效率出发，将其逐步分解为一个个最为基础的效率，围绕其物理机理，对于不同的基础效率使用不同的改善方法和工艺开展相关研究，并结合仿真模拟，对实验结果开展更为深入的研究，最后将所优化的工艺和技术应用于高效深紫外LED的设计和制备。本论文的主要研究内容包括：
　　(1)基于极化自屏蔽效应和极化体电荷理论，通过量子阱组分的渐变设计，利用AlGaN材料本身的压电效应，在没有外界掺杂的情况下实现量子阱的有效空穴浓度，可以改善传统深紫外LED量子阱中空穴载流子浓度较低的问题。通过仿真模拟探索量子阱内部的载流子浓度分布和极化电场分布，建立LED器件内部波函数重叠率、辐射复合效率与量子阱组分渐变斜率的关系，并进行实验生长验证仿真模拟的结论。结果表明，铝组分由高向低渐变的量子阱组分设计能一定程度上补偿原有量子阱内部的反向极化电场，减轻材料本身自发极化和压电极化所带来的量子限制斯塔克效应，将量子阱内部电子和空穴载流子的波函数重叠率从40.4%提高到58.6%，大电流密度注入下辐射复合效率提升超过50%。
　　(2)从深紫外LED的外延层结构设计出发，研究了能带中影响载流子注入效率的主要因素，并在此基础上，通过不同的外延层结构实现了能带调控，改善了深紫外LED器件内部的载流子注入效率。主要方法包括使用了超晶格结构替代最后一层量子垒，以及利用渐变的电子阻挡层结构替代原有固定组分的电子阻挡层。主要依靠模拟仿真，精确地设计特殊的外延层结构，从能带弯曲、载流子的势垒高度、量子阱内部的载流子浓度、泄露载流子浓度等多方面进行分析研究。模拟结果表明，最后一层量子垒和电子阻挡层的界面，是决定器件载流子注入效率的关键因素。一方面，利用超晶格结构限制电子载流子，可以将电子阻挡层的电子势垒高度从737meV提高至852meV，从而减轻电子的泄露；另一方面，渐变电子阻挡层可以将空穴载流子的注入势垒高度从395meV降低至303meV，从而增强空穴载流子的注入能力。最终，通过这两种能带结构设计，载流子的注入效率提升了20%~30%。
　　(3)针对深紫外LED光提取效率极低的问题，提出了增大侧壁刻蚀倾角改善出光的思路，探究了不同偏振模式深紫外光出光效率和侧壁刻蚀角度的关系，实现了对TM模式深紫外光的有效侧壁提取。通过器件制备和测试，对于280nm的深紫外LED，其最优的侧壁刻蚀角度在38°左右。此外，在制备完成的倒装深紫外LED器件表面，研究了双层纳米阵列对光提取效率的影响，探究了每一层纳米阵列对不同偏振模式深紫外光提取效率的增强机理。结果表明，蓝宝石衬底背面的第一层纳米阵列对TE模式有着显著的增强作用，而对TM模式几乎没有增强。但是，覆盖在薄膜上的第二层纳米阵列对不同模式的深紫外光却没有选择性，都有明显的增强作用。在双层纳米阵列共同作用下，器件的光提取效率几乎增强了一倍。
　　(4)深紫外LED的注入电流分布情况严重影响着器件的发光均匀性和器件稳定性。通过优化设计LED器件的电极版图，探寻了不同电极位置、形状等因素对电流注入、电流横向扩展的影响机理。结合有限元分析的模拟仿真，研究了不同电极版图形状下的电流密度分布，开展了器件温度和波长稳定性的实验。实验表明，N电极更适合放置在器件边缘，同时更多的N/P电极之间的边缘接触有利于电流的疏导，减轻电流拥堵效应，实现更大区域内的均匀发光。