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作为GaN基蓝光、绿光发光二极管(LED)的有源区，InGaN/GaN量子阱的发光性能的显著提高是实现超高亮度蓝光、绿光LED的关键。本文利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法外延生长了GaN基LED结构，重点研究了InGaN/GaN对称多量子阱结构(单一阱宽)与非对称量子阱结构(耦合宽窄量子阱)的发光特性。主要研究内容如下：
1)从理论出发，概述了C面GaN基材料自发极化和压电极化的起因，结合实验研究了“极化效应”与“激子局域化效应”对InGaN/GaN量子阱发光特性的影响。极化效应造成InGaN/GaN量子阱能带倾斜，导致有效带隙变窄，发光峰位红移；同时由于电子空穴空间上分离，严重降低了辐射跃迁几率，导致发光效率锐减。“激子局域化效应”降低了载流子被穿通位错等非辐射复合中心俘获的几率，从而提高了辐射复合几率；同时由于局域态中更强的量子限制作用，使得电子空穴波函数交叠变大，增加了辐射跃迁几率。极化效应和局域化效应同时存在于InGaN/GaN量子阱结构中，随In组分的增加而增强，两种效应相互制约，共同影响InGaN/GaN量子阱的发光性能。
2)研究了盖帽层GaN表面能带弯曲对InGaN/GaN量子阱发光特性的影响。研究表明GaN表面极化中断引起表面电场，导致表面处能带弯曲。这种行为与材料掺杂类型和掺杂浓度密切相关。当InGaN/GaN量子阱离表面足够近，其带边结构将在表面剩余电场的作用下发生变化。由于表面剩余电场和量子阱中极化电场方向相反，因此削弱了量子阱中的极化电场，导致量子阱发光峰位随盖帽层厚度减小线性蓝移。进而根据此线性关系外推出非故意掺杂的GaN表面能带弯曲值约为1.54eV。
3)研究了InGaN/GaN量子阱结构MOCVD外延生长中，从InGaN阱层生长温度(低温)到GaN垒层生长温度(高温)的升温过程对量子阱发光特性的影响。研究表明升温过程是一个原位退火过程，它造成了InGaN层中富In区分布的变化：延长升温时间导致富In区由大变小，密度增加，并最终形成高密度的富In类量子点。富In区量子限制的增强导致发光峰位蓝移，同时富In点的密度增加导致发光效率提高。
4)首次发现并研究了InGaN/GaN非对称耦合宽窄量子阱间的反常隧穿输运现象，即载流子通过共振隧穿辅助有效地从宽阱(深阱)注入到窄阱(浅阱)中。这与传统的没有极化效应的非对称耦合宽窄量子阱间的载流子隧穿输运行为正好相反。研究发现这种反常现象的根源在于极化效应的存在。