GaN作为宽禁带半导体材料,具有热导率高、耐高温、耐酸碱、高硬度等特性,可用于制备蓝光、绿光、紫外光的发光器件。GaN基LED器件寿命长、可靠性高、能耗低,广泛应用于全色显示、通用照明、背光源、医疗、军事等领域,对光通信、万物互联等领域的发展至关重要。对于LED器件,外延片衬底材料的选择十分重要,Si由于成本低、尺寸大、电阻率低、热导率高且加工工艺完备,作为衬底材料备受关注。而纳米柱结构的生长能够有效地释放应力,有效地抑制GaN外延片中存在的极化效应,也可补偿硅衬底与GaN热膨胀系数差异较大带来的应力影响,提高了器件内量子效率。因此,硅基纳米柱GaN-LED的研究与应用具有广泛前景。本论文研究硅基纳米柱GaN-LED器件的设计、制备与仿真。利用Silvaco TCAD仿真软件中的Atlas模块建立硅基纳米柱GaN-LED的仿真模型,对硅基纳米柱GaN-LED的性能及结构改变进行模拟与仿真。模拟并分析了与实验结构参数相同的纳米柱LED和平面结构LED的量子阱能带结构、波函数、辐射复合率、载流子浓度、电流-电压特性曲线、光谱图等光电性能。纳米柱结构因无位错特性,缓解量子阱中的应力,有效抑制量子斯塔克效应,载流子浓度升高,阈值降低,光谱强度高,峰值波长蓝移。着重讨论分析了量子阱周期数、阱层及垒层结构厚度、In组分含量、量子阱材料对纳米柱GaN-LED器件的影响,并在设计结构时综合考虑选择最佳的参数。综合来说,4个周期纳米柱InGaN/GaN多量子阱LED器件,阱层InGaN厚度为3nm,垒层GaN厚度取10nm,可获得较好的性能。利用分子束外延技术在硅衬底上生长具有GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN/GaN多层量子阱和Mg掺杂的p-GaN层的GaN基外延层。通过扫描电子显微镜(SEM)可观察到整齐排列的纳米柱阵列。利用微纳加工技术加工获得LED芯片,对已获得的纳米柱外延片进行SOG填充、FAB刻蚀,在P-GaN层和Si衬底侧蒸镀电极,并对芯片施加电压测试电流-电压特性和PL光谱特性。纳米柱GaN-LED的阈值电压为1.5 V,在室温下的峰值波长在410nm附近。