Ⅲ族氮化物半导体材料是一种新型的光电功能材料，具有较宽的禁带宽度、较高的热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于发光二极管(LED)、太阳能电池、固体激光器和光电探测器等方面。其中GaN基LED因其具有节能、环保、低功耗、长寿命、高效率、工作电压低等特点，已经广泛应用于各种指示灯、显示屏、背光源和普通照明等领域，成为21世纪最引入注目的新一代照明光源。　　然而，InGaN/GaN多量子阱LED的内量子效率通常在输入较小的正向电流的情况下即达到峰值，而且随着正向电流的继续增大呈快速下降趋势，导致到量子阱内光电特性严重恶化。这种通常被称为efficiency droop的现象已经严重制约着LED在大功率器件方面的应用，同时也是制约LED代替传统照明的主要障碍。因此，如何降低efficiency droop现象，以提升LED在大注入电流下的光电特性，是当前LED领域的一个非常重要的研究课题。　　目前，造成LED效率下降的物理机制仍然是LED领域争议的一个热门话题。尽管对于造成LED效率下降的唯一机制存在争议，但在LED领域普遍认同以下三个可能性较大的机制:一是电子泄露。GaN基LED量子阱结构中的自发极化效应和压电极化效应会引起严重的静电场，使得电子阻挡层(EBL)的能带向下弯曲，从而将有大量的电子泄露到LED的P型层中，最终导致到LED有源区中的辐射复合减少，内量子效率也随之下降。二是空穴注入效率低。LED量子阱中最后量子阱垒层和EBL异质结之间存在严重的势垒突变，导致空穴注入困难，从而使得LED的效率下降。此外，由于空穴具有较大的有效质量，因此迁移速率较慢，导致到空穴注入浓度低和分布不均匀，这也将使得LED的效率下降。三是俄歇复合。在2009年以前，大多数学者认为俄歇复合对LED效率下降的影响不大，所以并没有引起足够的重视。但在最近几年里，俄歇复合已经被认为是造成效率下降的最重要的原因之一。　　本文以GaN基LED作为研究对象，使用Crosslight公司的APSYS软件，针对改善GaN基LED的光电特性对LED的外延结构进行了优化设计，并对其优化结构进行数值研究和理论分析，获得了如下几个有意义的研究结果:　　1.研究了将p-InGaN/AlInGaN超晶格作为最后量子阱垒层的LED的光电特性。模拟结果表明，该结构有利于提升对电子的有效势垒高度，而降低对空穴的有效势垒高度，从而增加了量子阱内电子和空穴复合的概率，增强了光输出功率和提高了内量子效率，效率下降也得到了一定程度的改善。　　2.研究分析采用Al和In组分渐变的AlxInyGa1-x-yN电子阻挡层结构对LED光电特性的改善。研究发现，该EBL结构能通过调整其品格常数来达到与多量子阱层和P-GaN层之间的晶格匹配，从而大大降低了量子阱内和异质界面处的极化电场强度。此外，渐变型的EBL结构也有助于空穴的纵向运动。因此，仿真结果显示该新设计的EBL结构可以减少电子泄漏和增加空穴注入，增强了量子阱内的载流子辐射复合速率，内量子效率下降也得到了明显的改善。　　3.研究了采用Al和In组分渐变的AlyGa1-yN/InxGa1-xN超晶格EBL结构对GaN基LED光电性能的改进。通过与传统LED结构对比，发现新设计的阶梯变化的EBL能带结构加强了对电子的限制和促进了空穴的注入，从而增加了有源层量子阱内的电予空穴对，提高了辐射复合速率和内量子效率，减缓了效率下降。　　4.研究了由AlGaN和InGaN组合而成的多量子阱垒层结构对LED光电特性的影响。模拟结果表明，该结构有效提高了空穴的注入效率，改善了多量子阱内的载流子分布的均匀性，抑制了俄歇复合，增强了光输出功率，降低了内量子效率的下降速度。　　5.研究了渐变型的宽阱薄垒结构对LED的光电特性的改善作用。研究结果表明，当垒层厚度变薄，同时阱层厚度从p区到n区逐渐增加时，能有效增加活性层中载流子的浓度和改善载流子分布不均匀的现象，同时抑制了俄歇复合，从而提高了辐射复合速率和改善了效率下降，获得了较好的LED光电特性。