由于高效、寿命长、节能环保等优点，GaN基LEDs引起人们的广泛关注并得到了飞速发展，已成为新一代的照明光源。目前，除了蓝光以外，GaN基LEDs的发射范围通过调节材料组分已覆盖了绿光和紫外波段，芯片结构也已发展出了正装、倒装、垂直三种结构，而用于封装的新材料、新工艺更是不断推陈出新。但是，这些变化也使得LED的可靠性千差万别。随着GaN基LEDs应用领域的不断推广，可靠性以及如何快速评估其寿命等问题变得至关重要。本论文针对不同波段、芯片及封装结构的GaN基LEDs的可靠性以及如何快速评估其寿命等问题进行系统研究。主要的研究成果及结论如下:　　1.模拟并实验研究了具有不同结构的LED器件热学特性。通过热模拟，发现在相同热功率密度下，采用芯片阵列的设计更加有利于散热，而芯片的不同排列方式也会对其热学特性产生不同的影响;器件的结温和热阻主要取决于粘结胶的导热性，而散热器的性能主要影响的是器件的结温，而对器件的热阻特性没有什么影响。除此之外，研究了具有不同LED封装支架的热特性。虽然陶瓷的热导率高于PCB，但是实验结果表明，通过在PCB孔内电镀或者填充金属铜，可以使得封装支架的导热性能优于陶瓷，降低LED器件在大电流工作下的Droop现象。　　2.研究了蓝光、绿光及紫外等具有不同波段的GaN基LEDs的老化行为。对发光波段在310nm和265nm的两种含高铝组分紫外LED器件进行常温老化，结果表明芯片的缺陷在老化后显著增多，其电学失效模式主要是与缺陷相关的隧穿电流引起的，而光功率的衰减则是因为与缺陷相关的RSH非辐射复合的增加导致的。而相对于紫外LED，大功率蓝光和绿光LEDs无论电学和光学性能都要稳定一些。但是，在老化期间，相对于绿光LED，蓝光LEDs由于欧姆接触、有源区缺陷及p-GaN层的Mg激活等因素的相互影响，不仅会使其串联电阻有所波动，而且也会使得输出光功率发生相应的改变;而绿光LED，其I-V曲线在老化过程中并未发生明显变化，但是随着老化时间的增加，外延片中的缺陷会导致光衰。　　3.研究了八组不同结构的大功率GaN基蓝光LEDs可靠性和失效机理。结果表明随着老化时间的延长，对大功率蓝光LED光衰起主导作用的机理也会发生改变。在老化开始阶段，蓝光LEDs的失效机理主要是芯片中缺陷的产生以及与连接线相关的欧姆接触老化;而2600小时以后，蓝光LEDs的失效机理主要是封装材料的老化。随后对老化后的LED器件进行了失效分析。利用反射谱和EDS元素浓度测试，发现由封装树脂氧化引起的LED光提取效率的下降是蓝光LED的主要失效机理，而且长时间的蓝光辐射会加剧封装材料的老化。SEM对比实验显示LED芯片的表面电极、粗化层以及不同界面均存在着老化，在不同程度上增大了串联电阻，导致器件的光衰。而通过芯片截面的拉曼光谱对比老化前后的应力分布，结果表明老化过程中芯片内部存在缺陷的生成和移动以及杂质的扩散等现象。　　4.对不同结构的大功率白光LEDs进行了可靠性评估。结果表明，不同结构和材料的LED器件可靠性也会存在很大差异。对于具有相同芯片结构的LED器件而言，LEDs外延材料质量的好坏仍然是影响器件的可靠性的决定因素;而与传统正装白光LEDs相比，垂直和倒装结构具有良好的散热性能，从而使得器件在高温环境下的可靠性优于传统正装白光LEDs，但是在较低温度下传统正装LED的光电性能反而更加稳定。利用不同的老化测试时间预测的LED寿命进行对比，结果显示我们可以缩短评估LED器件可靠性的老化测试时间。该研究有助于可控寿命LEDs的设计。　　5.研究了中功率蓝光和白光LEDs可靠性。结果显示，与温度相比，湿度对白光LED中荧光粉的可靠性影响更加明显。而对于不同荧光粉，虽然红粉和绿粉有助于提高LED器件的光品质，但是黄色荧光粉最稳定。对比老化前后的LED器件，长时间的蓝光辐照，中功率蓝光LEDs在蓝光光峰位置的封装材料反射率出现了大幅度的降低，XPS结果显示灌封胶内出现氧化并存在S、Cl等元素的污染。对于中功率白光LEDs，其中的荧光粉会产生一定的分解，原因可能是由于[Ca]+和[Sr]+离子扩散到硅胶，并和硅胶中的[OH]-或水分子发生反应，导致荧光粉转换效率的下降和白光LEDs的色漂现象。　　6.通过两种失效树构建方法对LED照明系统的可靠性进行了预测分析。其中，用LED照明系统中不同组件的失效概率构建的失效树能够很好地呈现不同失效模式在系统失效中所起的作用;而通过器件光输出的分布构建的失效树结构简单，分析速度快，更加适应于大系统的可靠性分析。