随着第三代半导体产业的蓬勃发展以及相关技术的不断突破,以氮化镓（GaN）基发光二极管（Light-Emitting Diodes,LED）为主的新型固态照明产业在全球迅速崛起,成为各个国家竞相争夺的技术与产业制高点。近年来,各国针对GaN基LED照明产业的技术研究,相继推出了发展规划以及相应的发展鼓励政策等,使其产业逐渐走向成熟。基于GaN基白光LED的半导体照明除寿命长、体积小等特点外,其节能、环保的优势对全球资源的节约及社会的发展具有重要的战略意义。GaN基单芯片白光LED的产生方法分为蓝光LED激发荧光粉YAG（Yttrium Aluminum Garnet,钇铝石榴石）发出黄光或者对蓝光有源区进行碳原子掺杂发出黄光,两者进行混合产生白光;蓝光与黄绿光量子阱结构级联然后混合产生白光以及有源区InGaN相分离产生不同波长的光然后进行混合产生白光三种。考虑到能效等问题,目前市面上GaN基白光LED的制造工艺还是以第一种方法为主。但由于荧光粉的老化问题,会缩短白光LED的寿命,并随时间降低白光LED的显色指数。因此本文所设计单芯片GaN基白光LED采用量子阱级联的方法,首先将蓝光LED与黄绿光LED级联在同一芯片上,以GaN作为势垒层将蓝光与黄绿光进行分离,然后针对势阱层与势垒层晶格失配的问题,将传统In组分恒定的InGaN/GaN量子阱结构改变为In组分渐变的量子阱结构,并通过改变渐变层量子阱的In组分及厚度对LED的器件性能进行计算分析,优化LED量子阱结构,减少势垒层与势阱层之间的晶格失配,提高内量子效率。本文主要工作如下:（1）单芯片白光需要蓝光与黄绿光混合产生,即由不同In组分的量子阱InxGa1-x/GaN进行蓝光与黄绿光的激发,同时用GaN作势垒层将高In组分与低In组分隔开。黄绿光由蓝光激发而出,因此对蓝光LED的量子效率及光子能量的要求更高。针对以上问题,本文设计出GaN基LED渐变层量子阱结构,通过在Silvaco Atlas软件中对此结构的建模仿真,分别计算并分析渐变层的材料及结构对器件性能的影响,包括渐变层单层In组分均匀增长;渐变层顶层In组分增长;渐变层顶层厚度;渐变层非顶层厚度对极化电荷密度、载流子浓度以及功率谱密度的影响。通过引入渐变层结构,有效缓解了 InGaN/GaN量子阱结构的极化效应问题。（2）黄绿光的产生需要高In组分的量子阱,但势阱层In组分过高会使势垒层与势阱层之间的能带发生倾斜,降低电子与空穴在空间上的交叠,导致发光效率降低。因此对于黄绿光波段,依旧采用渐变层量子阱结构,减少由于高In组分InxGa1-xN/GaN量子阱带来的极化效应问题,提高功率谱密度。除此之外,相对于电子而言,空穴的迁移率较低,电子与空穴的复合通常在量子阱的最后一个区域,并且有研究表明,对InGaN/GaN量子阱结构进行P掺杂能够有效增强LED的发光性能。因此本文对高In组分量子阱的最后一个区域进行了 P掺杂,并对材料及厚度进行改变,计算分析对黄绿光LED器件性能的影响。在将势阱层的材料及结构数据进行优化后,取最优数据,对势垒层的厚度进行改变,对蓝光及黄绿光的功率谱密度进行计算。然后将势阱层不同材料与结构参数的蓝光与黄绿光波长的色坐标进行计算,并在 CIE（International Commission on Illumination,国际照明委员会）色品图上对混合色光的位置进行标注。本文针对GaN基单芯片白光LED荧光粉老化等问题,设计出无荧光粉的渐变层量子阱的GaN基单芯片白光LED的结构,并利用Silvaco Atlas软件对LED结构进行建模仿真,计算表明,渐变层量子阱结构能够有效缓解高In组分带来的极化效应等问题,降低非辐射复合,进而增加内量子效率;针对黄绿光波段的“黄绿鸿沟”问题,对高In组分的势阱层进行的材料及结构参数进行了建模仿真,并通过对蓝光与黄绿光色坐标的计算,对混合白光所在位置进行确定。研究结果对双基色GaN基单芯片LED的设计、开发具有重要的指导价值。