氮化物半导体因其优异的特性在发光二极管（LED）领域已经取得了巨大的成就,开启了全新的照明时代。特别是近年来,基于In GaN和AlGaN的紫外LED由于具有不含汞、体积小、功耗低等优势,广泛用于固化、真伪检验、杀菌、消毒等领域,已成为新一代固态紫外光源的重要选择,受到了业界广泛关注。然而,长期以来,实现具有高可靠性的氮化物紫外LED一直是业界的核心挑战之一。由于氮化物中普遍存在高密度位错缺陷和点缺陷,器件光功率衰减、漏电流增加、内量子效率下降等问题变得更为严重。此外,宇航应用中的辐射环境也会对器件的工作特性带来影响。因此,研究紫外LED在不同条件下性能的退化规律,阐明其背后的退化机制,对于实现更高可靠性器件乃至推动紫外LED产业的发展都是很有重要意义的。前期大量研究表明,缺陷在氮化物紫外LED退化过程中起到了核心作用。因此明确缺陷的产生,揭示缺陷在器件性能退化中的演化规律,建立器件性能退化与缺陷之间的关联变得尤为重要。本文采用电致发光谱（EL）、电流-电压测试、深能级瞬态谱（DLTS）、低频噪声（LFN）等方法对紫外LED器件的特性以及缺陷的行为进行了表征,系统研究了电场、热场及辐射场作用下氮化物紫外LED性能的退化规律及背后的退化机制。本文具体研究内容如下:一、采用变温电流-电压的方法分析了氮化物紫外LED在不同温度、偏压条件下的正、反向电流传输机制,给出了电应力对载流子输运机制的作用规律。研究表明随反向偏压增加,UVA LED的反向漏电流传输机制由Poole-Frenkel（PF）机制向空间电荷限制电流（SCLC）机制转换,电应力使得该转换电压点降低。正向偏压下,UVA LED的电流传输机制以陷阱辅助隧穿（TAT）为主,电应力使得隧穿的概率增加。对于UVC LED,反向漏电流传输机制始终以SCLC机制为主,正向偏压下以TAT机制为主,与UVA LED相同,电应力使得隧穿概率增加。本部分电流传输机制的研究为后续的器件性能退化机制研究奠定了理论基础。二、研究了氮化物紫外LED在电应力和热应力下的退化规律,阐明了退化中缺陷演化行为,并建立了器件退化模型。研究发现,电应力后UVC LED的光功率有明显衰退,漏电流也有所增加。本部分结合光致发光谱（PL）、二次离子质谱（SIMS）以及第一性原理计算（DFT）方法从多角度研究了器件的退化机制。研究表明,UVC LED的退化与电应力后新产生的沿位错分布的Ga空位(VGa)紧密关联,两者呈现线性关系。进一步发现,N型区域中位错处存在大量非故意掺杂的Mg Ga,在电应力下Mg离位是大量VGa缺陷产生的物理起因,即器件退化的根源。在高温热应力下,UVC LED的光、电特性均未发现明显退化,这表明电应力中自热对器件的退化无显著作用。进一步发现,电应力后的器件在散热与未散热条件下呈现相近的退化幅度,进一步证明UVC LED电应力下的退化主要来自注入电流。而对于UVA LED,电应力后光、电特性的退化规律与UVC LED相同,研究表明该退化与能级为0.47-0.56 e V的缺陷的增多和0.72-0.84 e V缺陷的减少相关。此外,UVA LED的退化同样主要来自注入电流,与自热的关联较小。本部分系统地研究了电场、热场以及电热耦合作用下氮化物紫外LED的退化机制,为制造更高可靠性的紫外LED提供了理论支撑。三、基于变温低频噪声方法研究了重离子辐照下GaN基UVA LED的退化机制。研究表明,随Ta离子辐照剂量增加,GaN基UVA LED的光功率有明显下降,伴随漏电流显著上升。进一步分析器件噪声发现,辐照后器件1/f噪声增加,即辐照后有缺陷增加的现象。根据噪声与温度关系图中峰值高度随辐照剂量的变化以及提取出的能级进一步得到,UVA LED光、电特性的退化与Ta离子辐照中～0.2 e V缺陷逐渐减少及～0.65 e V缺陷的产生并增加相关。四、研究了伽马射线辐照对电应力中AlGaN基UVC LED退化的作用机制,阐明了辐照和电应力共同作用下器件中缺陷的变化规律。研究发现,伽马射线辐照可以对电应力导致的AlGaN基UVC LED光、电特性的退化产生显著加速作用。扩散-复合电流区域1/f噪声的增加表明了辐照环境电应力下有源区缺陷明显增加。结合变温低频噪声方法进一步分析得到,UVC LED的退化与VGa的减少和NGa的增加紧密关联。