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氮化镓基发光二极管(GaN-based Light Emitting Diode)具有光电转换效率高、色彩丰富、全固态、长寿命、小体积等优点，是半导体照明领域的重要器件。虽然近年来发光二极管的发光效率提高很快，在理论、材料、工艺和应用等各个环节都取得了很大的进展，但是仍然需要进一步的提高效率降低成本才有可能实现对传统光源的取代。其中发光二极管器件中使用的透明电极材料的性能是制约其电光转换效率而不可或缺的关键技术。
近年来人们使用铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)透明导电材料作为氮化镓基发光二极管的透明电极取得了很大的进展，基本解决了与p-GaN形成欧姆接触等问题。但是由于ITO透明电极仍然存在一定的吸收、且对于面积较大的功率发光二极管管芯其导电性能不能完全满足需要，而且具有成本高、有一定毒性等缺点。因此更高性能、低成本、高可靠性的透明电极仍然是我们追求的目标。
本文通过对氮化镓基发光二极管使用的透明电极材料进行系统研究，分析了发光二极管的光提取效率与芯片结构和透明电极的关系，探讨了对于高性能透明电极材料有重要意义的关键工艺和新材料，研制了采用新型氧化锌(Zinc Oxide，ZnO)透明电极材料的氮化镓基发光二极管。其中的主要创新点及研究成果如下：
1.分析了材料吸收率和折射率对光提取效率的影响，通过几何光学模拟对发光二极管几何结构与提取效率的关系进行了简化分析，得出了构造芯片表面几何结构的提取效率上限。
2.研究了自掩蔽生长ITO透明导电膜的光学和电学性质与微观结构的关系。对于优化的ITO薄膜工艺给出了自掩蔽生长ITO薄膜的入射束与微结构倾角的关系，分析了薄膜的微结构与孔隙率的关系。并初步提出了透明导电材料的孔隙率与电导率的拟合关系。为进一步研究制备高性能的透明导电光学薄膜进行了工艺探索。
3.分析了在氮化镓基发光二极管上外延ZnO基单晶薄膜作为电流扩展层的可能性。对不同的ZnO生长方式进行了比较和选择。
4.研究了金属气相外延(Metal Vapour Phase Epitaxy,MVPE)方法以氮化镓为模板生长的ZnO单晶薄膜的性质，开发了用于氮化镓基发光二极管器件的ZnO透明电极工艺。
5.通过金属气相外延方法成功制备出非故意掺杂ZnO透明电极的氮化镓基发光二极管，并与使用ITO透明电极和Ni/Au金屈半透明电极的样品进行了比较，外量子效率比ITO样品提高了30％，比金属电极样品提高了90％。光提取效率提高的原因主要在于该方法生长的ZnO材料的表而形貌，以及其较低的吸收率。同时对器件工作电压升高的原因进行了研究，分析了ZnO与p-GaN的异质结性质，并通过Ga掺杂尝试解决器件串联电阻过高的问题
6.制备了使用金属气相外延方法在氮化镓基发光二极管上生长的Ga掺杂ZnO单晶层作为透明电极的发光二极管，并与使用ITO透明电极的样品进行了比较，在光学性能没有受到显著影响的情况下，得到了20mA下最低4.2V的工作电压，相比非掺杂样品有较大的进步，但是该值与ITO、Ni/Au等电极材料相比还有差距，需要进一步设法降低器件串联电阻。