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氮化物发光二极管(light emitting diodes，LEDs)的快速发展近年来受到了广泛的关注。其应用方向由仪表指示灯，信号灯和大面积显示屏等领域向通用照明领域迅速渗透，并开启了智慧照明，农业应用，可见光通信等新的应用领域，带来了第三次照明革命。加速LED向通用照明市场的渗透，开发新的LED应用方式，需要我们不断降低LED成本。一方面，要不断提高LED发光峰值效率;另一方面，需要保证LED在大电流密度下的效率，即改善droop效应;从而使单位面积LED的发光密度不断提高。在氮化物材料中，无论是空穴浓度还是空穴输运能力都大大低于电子，因而成为制约LED效率提升的重要因素;同时，空穴与电子输运能力的不平衡还会引起很强的droop效应;较强的极化电场一方面会增强电子和空穴输运的不平衡，也会进一步降低电子空穴的复合效率。为了提高LED的效率，改善droop效应，本论文围绕p型GaN材料电学性能提升，p型载流子输运能力提高和极化电场改善这三个角度展开工作，主要研究内容如下: 1.研究了压力，生长速率，Ⅴ/Ⅲ比等工艺参数间的相互作用及对p型GaN生长的影响。在Turbo-disk反应室中，生长压力对生长速率有很强影响，在预反应不强的情况下，生长速率与压力的平方根成正比。通过优化工艺参数，我们将p型GaN空穴浓度由1.6×1017cm-3提高到3.2×1017cm-3，电阻率由5.6Ω·cm降低到2.2Ω·cm。将优化的p型GaN生长条件应用于LED全结构中，可以有效改善LED电学性能，提升峰值效率，但是受电子阻挡层(electron blocking layer，EBL)结构影响，对droop效应影响有限。 2.本章研究了p型GaN的In-Mg共掺杂工艺。利用In-Mg共掺杂工艺，我们进一步将p型GaN材料电阻率降低至0.9Ω·cm，空穴浓度提高至1.3×1018cm-3。同时，材料中位错密度明显下降。结合应变分析，我们认为In-Mg共掺杂样品电学性能的提高是由于氮空位的减少;位错的减少是由于In原子对位错运动的阻碍作用。 3.本章中p型InGaN材料被用作最后一个量子垒，用以改善空穴越过EBL向量子阱的输运，提高LED效率。p型InGaN材料生长时引入的Mg原子向量子阱中的扩散可以通过在p型InGaN材料和量子阱之间加入一薄层非掺的材料来减弱。使用非掺GaN材料作为保护层时，相对非掺InGaN材料作保护层，LED器件的droop效应进一步减少，我们认为薄层GaN材料使载流子在量子阱中的分布更加均匀，从而减少了载流子的俄歇复合。 4.通过双波长LED实验分析了量子垒中Mg掺杂对不同位置量子阱发光效率的影响。当量子垒中非掺时，由于空穴注入能力有限，只有靠近p型GaN一侧的绿光阱发光;当量子垒中少量Mg掺杂时（Mg流量为10sccm），相对于非掺杂样品，可以略微提高量子阱晶体质量，减少量子限制斯塔克效应（quantumconfined Stark effect，QCSE），同时可以明显改善空穴向远离p型GaN一侧量子阱的输运，使得绿光阱和靠近n型GaN一侧的蓝光阱都参与发光;增大Mg流量至20sccm，会极大降低在Mg掺杂垒之后外延的绿光阱的晶体质量，从而使得双波长LED中只有蓝光阱参与发光。 5.本章首先发展了一种刻蚀再生长工艺处理n型GaN模版，在此结构上进一步外延LED器件结构，可以有效减少外延层的位错密度和QCSE，提高LED效率的同时减少droop效应。随后研究了无催化剂GaN纳米柱的金属有机物化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)生长工艺。首次基于Turbo-disk反应室实现了无催化剂GaN纳米柱的MOCVD生长，优化工艺后将GaN纳米柱最小尺度控制在200nm左右。研究了常见生长参数对GaN纳米柱生长的影响，并表征了其光学性质。