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GaN作为第三代半导体材料的代表，具有直接带隙、禁带宽度大(室温下3.39eV)，热导率高、电子饱和迁移率高，发光效率高，耐高温和抗辐射等优异特点，可广泛应用于全色显示、固态照明、液晶显示的背光源、太阳能电池、固体激光器、紫外探测器以及各种微电子器件等领域。但是在大电流下，GaN基LED遭受效率衰减的问题。内量子效率，即单位时间内辐射复合产生的光子数与单位时间内注入的电子-空穴对数的比值，随着电流的增加而减小。因此，辐射复合效率和输出功率都相应减小。为此，改善效率衰减问题一直是提高大功率LED光电性能的关键因素之一。到目前为止，效率衰减的原因一直没有定论，很多学者和研究组对此现象进行了大量研究，提出以下几种可能引起效率衰减的因素：极化引起的电子漏电流、载流子注入效率、俄歇复合、结温等。 首先，在InGaN/GaN多量子阱中，由于InGaN、GaN晶格的不匹配所引起的压应力，量子阱区域存在很大的压电电场，从而引起能带弯曲和倾斜，减少电子波函数和空穴波函数在空间上的重叠，减小辐射复合率，导致内量子效率的降低。其次，在GaN基材料中空穴具有相对高的有效质量和低的迁移率，空穴很难注入并传输到有源区，大量的空穴堆积在最后一个垒和p型GaN之间。而电子具有较小的有效质量和较高的迁移率，传统p-AlGaN电子阻挡层阻挡电子效果不佳，电子很容易越过阻挡层到达p区，并与空穴发生复合，形成电子漏电流。尤其在大电流下，电子漏电流更为严重；同时，由电子阻挡层形成的势垒也抑制了空穴向有源区的注入。第三，p-AlGaN用的p型掺杂元素是Mg，而Mg在p-AlGaN中的掺杂效率相当低，其原因在于Mg的激活能很高，并随Al含量的增高而迅速增加，而且p-AlN中更容易形成氮空位这种p型补偿中心。 考虑上述因素，为了提高内量子效率，改善大电流下效率衰减问题，本文通过优化电子阻挡层，对LED器件进行了系统的理论研究，获得了如下有创新和有意义的研究结果： 1、用p-AlGaN/GaN超晶格取代传统的p-AlGaN作为电子阻挡层，对LED的电学和光学性能都进行了系统的软件模拟。结果表明引入超晶格结构的LED，电子浓度和空穴浓度得到很大提升，并且分布均匀，光谱强度、输出功率、内量子效率、辐射复合率都有很大提升以及大电流下效率衰减也得到改善。 2、通过软件模拟，探索p-AlGaN/GaN超晶格的周期和厚度对LED器件电学和光学性能的影响。结果表明，量子阱中电子浓度受周期和厚度的影响不大，空穴浓度随周期的增加而增加，随厚度的增加先增加后减小。当周期为10，厚度为2nm时，辐射复合率达到最大值。 3、通过改变能带结构，引入渐变组分电子阻挡层(GEBL)，对其LED结构的电学和光学性能进行软件模拟研究。结果表明，GEBL能够提高空穴注入效率和增大空穴浓度，能有效地抑制电子漏电流，电子浓度增大，开启电压减小，光输出功率提升，效率衰减得到有效缓解。