与传统照明方式相比,GaN基LED具有能耗低、电光转换效率高、寿命长、无毒性污染等优点,被广泛应用于普通照明、智能显示等领域。目前商业化的GaN基LED通常采用沿极性c面进行外延结构的构建,由于纤锌矿结构的固有性质,沿极性面方向外延的量子阱结构中存在着内建极化电场,这一内建电场给发光器件带来了严重的负面影响,尤其是在长波长领域,限制了GaN基黄/红LED的发展和应用。若采用沿半极性面方向进行外延结构的构建,理论上可以很好地削弱极化效应的影响,抑制量子斯塔克效应。然而由于外延衬底的缺失,常规外延手段获得半极性面样品晶体质量较低,存在大量缺陷,限制了发光效率。近年来,基于图案化衬底进行氮化物材料的外延生长被广泛采用,基于图案化衬底的选区外延方法可以有效提高外延GaN的晶体质量,降低缺陷密度,同时提升光提取效率,最终实现高光效的LED器件。基于以上背景,本文展开以下研究内容:（1）研究半极性（20-21）面方向中内建电场的变化规律。以InGaN/GaN量子阱为研究对象,计算了不同倾角和In组分条件下量子阱结构内建电场强度的变化;同时讨论内建电场强度对量子阱能带结构的影响规律,详细阐述了内建电场引起的量子斯塔克效应、辐射复合几率降低、Droop效应等现象的内在原因。（2）研究基于图案化蓝宝石衬底生长的单波长半极性（20-21）面量子阱的光学性质。对半极性（20-21）面GaN样品结构和质量进行SEM、XRD和TEM表征测试。并对（20-21）面的InGaN样品进行不同方向的拉曼测试,分析了衍射峰强度差异的原因是由于半极性面的各向异性。对半极性（20-21）面InGaN/GaN量子阱样品进行低温PL测试,发现发光峰强度随功率增加而增强,峰位改变很小,且低温下所产生的光生载流子几乎全部发生了辐射复合。最后对InGaN基LED进行了计算模拟,极性面相比于半极性面的峰值波长对于In组分及电流变化更为敏感,表明半极性面能有效减小内建电场。（3）研究基于半极性（20-21）面的双波长白光LED的光电性质。以图案化衬底上外延半极性（20-21）面结构为基础,设计了一种单芯片双波长白光LED,在电流密度为20 A/cm~2时,色品坐标为（0.3406,0.3353）,色温5131.46 K,光视效能达到了412.36 lm/W,内量子效率达到了45.38%。并与极性c面在相同波长组合下（450 nm+572 nm）进行变电流密度对比,在电流密度从1 A/cm~2增加到1000 A/cm~2下,半极性面的蓝光阱发光波长偏移0.83 nm低于极性面的1.95 nm,黄光发光波长偏移10.24 nm低于极性面14.55 nm。半极性（20-21）面色温漂移2129 K相比于极性c面的色温漂移22000 K,减小了一个量级。（4）研究双波长白光LED可调控中间层的调控规律。双波长白光LED结构中通过引入可调控中间层,可改变生长厚度、掺杂元素类型及掺杂浓度来调控黄光、蓝光发光层的发光强度之比,从而调控白光LED的发光光谱。探究不同参数设计下的能带结构和载流子分布,进而探究可调控中间层的结构参数变化对于LED的色参数的影响。