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本论文以提升GaN基发光器件的性能为主要目的，研究GaN基发光器件中关键材料的MOCVD外延生长，取得了以下主要研究成果: 1、 InGaN中In的并入由InN生长的热力学决定，生长区域主要分为质量输运控制区和表面脱附控制区。In原子的表面脱附速率受生长温度的控制，同时还受In源和Ga源摩尔流量的影响。在质量输运控制区中，In/Ga比较高时In在表面产生富集。InGaN的材料质量与生长区域相关，在质量输运控制区材料质量随生长温度的升高而提高，在表面脱附控制区材料质量随生长温度的升高而下降。表面脱附控制区中材料质量下降的原因是InGaN的生长速率异常增加。反应室Ga的记忆效应是导致表面脱附控制区中InGaN生长速率异常增加的原因。Ga的记忆效应使得反应室残留的Ga扩散到生长表面，造成GaN生长速率的异常增加。InGaN/GaN多量子阱PL强度和InGaN波导层表面形貌的研究表明，抑制表面脱附控制区中Ga的记忆效应能提高InGaN材料的质量。 2、同温生长的InGaN/GaN多量子阱中InGaN阱层材料对GaN垒层表面的V型坑有覆盖的效果，在V型坑区域形成富In团簇。V型坑中富In团簇的热分解导致了InGaN/GaN多量子阱高温下的热退化。通过在垒层生长时通入适量的H2腐蚀富In团簇可以抑制热退化。同温生长的InGaN/GaN外延片自发辐射光谱半高宽相对较小，有利于提高GaN基发光器件的性能。 3、系统地研究了GaN同质外延材料与器件，发现GaN自支撑体衬底的斜切角大小、斜切角方向、位错分布、表面状态等都是影响同质外延材料和器件性能的关键参数。使用较大斜切角和较低位错密度的衬底能抑制由螺旋生长导致的表面六棱锥。斜切角方向影响表面原子台阶的稳定性，沿[11(2)0]晶向的斜切会造成台阶拐弯导致表面起伏。衬底生长前表面沾污会嵌入到外延层中，而抛光造成的表面微缺陷能钉扎原子台阶，造成表面条纹形状的起伏。生长前对表面进行合适的处理有利于获得较理想的同质外延材料。在GaN自支撑体衬底上生长GaN基发光器件时，由于外延层与衬底热失配小，导致在生长有源区时外延片翘曲较大，影响了外延片的发光均匀。衬底斜切角大小和方向的均匀性也是影响外延片发光均匀性的因素。根据研究结果，较适合GaN基发光器件制作的GaN自支撑体衬底应该有较低的位错密度、0.5°左右的斜切角以及沿[1(1)00]晶向的斜切方向。 4、 GaN薄垒(3nm-6nm)LED中空穴在量子垒中没有产生有效的隧穿，发光主要集中在靠近p型的1-2个量子阱中，由此导致的载流子分布不均匀是大电流密度下效率droop的重要原因。新型的InGaN台阶式量子垒有源区结构能改善载流子在多量子阱中的分布，使载流子更加均匀，降低载流子密度，因此能改善大电流密度下的效率droop。GaN基LED中高载流子密度下类俄歇复合是效率droop的主要机理之一。减少SRH非辐射复合，降低载流子密度，减少载流子泄漏是提高IQE并解决效率droop的方法。