GaN基半导体是宽禁带、直接带隙材料,具有优异的光电特性和稳定的化学性能,已被广泛的应用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及光电探测器等光电子器件。目前,GaN基蓝光和绿光LED已经在信号灯、大屏幕显示、景观照明等领域实现了大规模应用,基于蓝光LED的高亮度白光LED已成为继白炽灯和荧光灯之后的第三代照明光源,GaN基蓝紫光LD已被广泛应用于高密度光存储、激光医疗以及科学测量等领域。作为GaN基光电子器件的核心部分,InGaN/GaN多量子阱有源区也因此成为了当前半导体光电子领域的研究热点。围绕InGaN/GaN多量子阱的材料生长和物理特性研究,各国科研工作者进行了大量的研究工作。目前,InGaN/GaN多量子阱的材料质量和发光效率已经得到了较大的提高,然而对于InGaN/GaN多量子阱物理特性的研究却相对滞后,尤其是对于其高效发光的物理机制目前仍存在着极大的争议。为揭示InGaN/GaN多量子阱的发光机制,本文围绕InGaN/GaN多量子阱的材料生长、结构表征以及光学测量进行了系统的研究,并重点对InGaN/GaN多量子阱中载流子输运和复合这两个关键物理过程进行了分析。本文的主要研究内容和结果如下：1.生长了不同垒层结构的InGaN/GaN多量子阱材料,并利用高分辨率X射线衍射(XRD)和横截面透射电子显微镜(TEM)技术对其微结构特性进行了表征。XRD测量结果显示,样品的衍射曲线可观察到明显的GaN的衍射主峰以及InGaN量子阱的多级衍射卫星峰,表明量子阱具有陡峭的界面以及周期性结构。TEM照片结果显示,InGaN/GaN多量子阱区域的阱和垒之间界面清晰,并且整个量子阱区域周期性良好。2.利用变温光致发光技术对不同垒层结构的InGaN/GaN多量子阱样品进行了测量,结果显示,样品发光峰位随温度升高呈S型变化趋势,并且随着垒厚的增加,S型变化中由蓝移到红移的拐点温度逐渐升高。这些结果表明,InGaN/GaN多量子阱中存在着大量不同组分In团簇形成的局域态,且随着垒厚的增加,量子阱中富In团簇形成的局域势阱逐渐变深。3.对不同垒厚的InGaN/GaN多量子阱样品的变温光致发光特性进行了研究,结果显示,随着温度升高,三个样品的光致发光均发生热淬灭效应。这种热淬灭主要由两种非辐射复合过程造成的：第一种是由于深局域的载流子被激发到局域势阱以外造成的,第二种则与浅局域的载流子热激发有关。Arrhenius以合结果表明,随着垒厚的增加,量子阱中的富In团簇形成的局域势阱变深。其根本原因是垒的生长过程中阱中富In团簇的重新分布,即低In组分的团簇随着垒的生长可能凝聚成了高In组分的团簇。4.优化了ITO的生长工艺参数,得到了低阻、高透光率ITO电流扩展层,制作了电致发光(EL)器件。对不同垒厚InGaN/GaN多量子阱样品的电致发光特性进行了详细测量。结果显示,相同注入条件下,垒薄的样品EL强度更大。这是由于垒薄样品的量子阱之间有较强的耦合效应,空穴在量子阱中隧穿的几率大大增加,载流子在整个有源区中分布更加均匀,由载流子分布不均引起的电子泄漏大幅度降低所致。此外,垒薄的样品相比于垒厚的样品InGaN阱层中的位错密度低,在相同的注入电流情况下,垒薄的样品可以限制住更多的载流子不被非辐射复合中心捕获,进而提高了载流子的辐射复合效率。5.综合PL和EL测量结果,对InGaN/GaN多量子阱中载流子输运以及复合特性进行了分析。结果表明：(1)较薄的垒层可以改善载流子在量子阱中的输运,使量子阱之间具有较均匀的载流子分布,这对于在大电流密度下工作的器件是非常有利的。(2)载流子复合过程主要与阱中富In团簇及其周围的位错相关,位错所形成的非辐射复合中心对样品发光具有淬灭作用,而富In团簇的局域效应可将载流子局域在团簇内部,避免被位错所形成的非辐射复合中心捕获,从而增加载流子的辐射复合效率。多量子阱中的载流子复合过程是这两种效应的综合作用结果。