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InGaN/GaN多量子阱(MQW)发光二极管(LED)是实现半导体照明的重要发光器件，其功能特性和发光效率已经受到人们的广泛关注。本论文针对InGaN/GaN MQW LED的量子点发光机理，通过光学测量、器件模拟和数值计算研究了InGaN量子点对LED光学、电学特性和发光效率的影响，得到了如下结果：
1.建立了一种量子点模型，包括量子点结构模型、量子点辐射复合模型和非平衡量子传输模型。该模型首次将InGaN量子点对LED光学和电学性能的影响考虑在内，并实现了对绿光InGaN/GaN MQW LED光学和电学特性的真实模拟，表明由InGaN量子点引起的自发辐射复合和非平衡量子传输过程在InGaN/GaNMQW LED的中起着至关重要的作用：通过进一步的模拟我们还发现，InGaN量子点密度和缺陷密度共同影响着LED的光谱纯度和发光效率。当量子点密度大于4.5×1011cm-2时，LED发光光谱基本不受量子阱辐射的影响；量子点密度越大，量子阱质量越好，LED的发光效率也就越高。因此，通过调整生长工艺，减小量子阱位错密度，提高InGaN量子点密度，是提高LED发光效率的一个有效途径。
2.针对发射到衬底中的光子，提出了一种具有抛物线型衬底结构的InGaN/GaN发光二极管，通过对平面衬底和抛物线型衬底InGaN/GaN发光二极管的光子运动轨迹、发射功率角度分布和外量子效率的模拟计算表明：抛物线型衬底发光二极管相对于平面衬底发光二极管可以充分利用发射到衬底中的光子，并使其正向光子发射功率增加了12.6倍，外量子效率提高了1.22倍，同时具有发射准平行光的功能。
3.研究了InGaN/GaN MQW LED在不同温度和注入电流下的宏观光学特性。低温下发现了来自不同尺寸量子点的发光峰，表明常温下，LED发光峰位随注入电流增加发生蓝移，不仅仅来自于态填充效应，载流子不断从大量子点向高密度小量子点的转移也是峰位蓝移的原因。具有不同尺寸的InGaN量子点是LED发光峰位随温度增加呈“S”(红移～蓝移～红移)型变化的原因。另外，随着温度从室温降至150K，InGaN/GaN MQW LED的发光效率由于内量子效率提高而逐渐升高，但当温度进一步降低时，发光效率反而快速降低，这是由于P型GaN中Mg受主杂质发生辐射复合，消耗空穴引起的。
4.通过微区光学测量，首次发观了InGaN/GaN MQW LED中量子点尺寸的双模分布(即包括一组大尺寸量子点和一组小尺寸量子点)。通过实验和理论模型证明，小尺寸量子点在低电流下能够捕获载流子，有助于非辐射复合过程，而在高电流下，小尺寸量子点可作为势垒阻止载流子到达缺陷，提高大尺寸量子点的辐射复合效率，因此，我们应该通过控制生长过程，获得有高密度小尺寸量子点同时存在的这种量子点双模分布模式，以便提高InGaN/GaN MQW LED在工作状态下的发光效率。
5.通过格林函数和傅里叶变换的方法，首次计算了InGaN/GaN量子点应变、极化势和能带随体积、形状和高宽比的变化。结果表明：量子点形状对其应变大小和类型影响很大；而极化势主要来自于由应变引起的压电极化，并随量子点体积的增大而增大。在应变和极化共同作用下，InGaN/GaN量子点能带发生倾斜，并形成三角形势阱，使电子和空穴发生分离，产生量子限制的Stark效应(QCSE)，造成发光峰位红移和辐射复合效率降低。计算结果还告诉我们，量子点沿z方向的对称性越低，量子点顶端所受极化作用越小，对电子和空穴的分离程度也就越小，因此，我们可以通过在InGaN多量子阱中生长金字塔型、圆锥型、切顶金字塔型和切顶六边金字塔型InGaN量子点的方法来增强InGaN/GaN MQW LED的发光效率。
通过本论文的研究，我们对InGaN/GaN MQW LED的量子点发光机理有了更为深刻的认识，并找到了几种提高InGaN/GaN MQW LED发光效率的方法。