虽然GaN基LED器件研究的不断深入和半导体照明产业蓬勃发展,LED发光效率的进一步提高仍旧是LED产业应用不可忽视的一个障碍。本文在Thomas Swan垂直腔金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统上对GaN基LED结构材料的外延生长工艺进行了研究,通过设计并优化外延片的多层结构,并将其应用于GaN纳米柱基LED结构材料的外延生长过程中,使纳米柱结构的优势更有效地应用于LED器件中以提高其发光效率。本文结合在位监测曲线、高分辨X射线双晶衍射等测试方法,研究了生长温度、In/Ga摩尔流量比、V/III比、反应室压力等参数对GaN/sapphire衬底上异质外延InGaN薄膜特性的影响。研究发现,生长温度降低、In/Ga摩尔流量比增大、V/III比降低和反应室压力升高等都可以增加InGaN外延层的In组分。反应室压力升高导致In组分增加的同时也改善InGaN薄膜的晶体质量。基于霍尔测试,原子力显微镜(AFM)、电致发光(EL)谱测量结果,研究了Cp2Mg/TMGa摩尔比、生长温度、V/III比这三个生长参数与p-GaN载流子浓度的关系,以及生长速率对p-GaN外延质量的影响。实验发现,大的Cp2Mg/TMGa摩尔比、过高的生长温度、过大的V/III比都会降低空穴载流子浓度。过高的生长速率会使p-GaN外延层的表面结晶质量变差。将优化后的生长工艺应用于以自组织Ni簇作掩膜制作的GaN纳米柱衬底上LED结构材料外延生长,通过常温光致发光(PL)谱测试发现:纳米柱阵列结构样品的PL的峰值强度约为常规平面结构LED PL峰值强度的2倍,且PL峰值半宽也有所降低。相应的LED芯片正向工作电压(20 mA下)为4.6V,反向漏电流(5V时)约为10μA,理想因子n值约为10.5。