氮化物发光二极管（Light emitting diodes,.LED）在21世纪初取得了重大的突破,在通用照明领域取得了广泛应用,并逐渐取代白炽灯和日光灯,成为节能环保的利器。目前制约InGaN基LED在大功率领域应用的一个重要因素为大电流注入下的效率衰减（Efficiencydroop）现象。虽然有许多物理机制试图解释该现象,但由于缺乏直接观测手段,该问题的物理起源仍存在争议。高A1组分AlGaN基LED在水净化、数据存储、医疗、杀菌、光刻等领域具有广泛的应用潜力,但较低的量子效率导致其商业应用存在困难。高A1组分AlGaN基LED量子效率低的一个重要因素为光提取效率偏低。除了全反射角较小导致光提取效率低的问题外,AlGaN基DUV LED还面临更为棘手的光学各向异性问题。本论文通过LED电注入发光状态下的应力表征系统、第一性原理计算、MOCVD外延等手段研究电流诱导Ⅲ族氮化物量子阱及其量子态响应,对InGaN基LED效率衰减和AlGaN基LED光学偏振的物理机制进行探讨,具体研究工作如下:研发LED电注入发光状态下的应力表征系统,实现电流注入条件下InGaN基量子阱的原位应力测试。不同电流注入条件下InGaN基LED的拉曼光谱测试结果显示,量子阱垒层的GaNE2拉曼峰位频率随着注入电流上升呈现蓝移趋势,并在700 mA电流蓝移至565.2 cm-1,蓝移幅度约4.4 cm-1。根据应力计算公式可知,InGaN基量子阱受到应力从0.65 GPa的压应力转变为0.38 GPa的张应力,应力变化为1.03 GPa。第一性原理计算表明,电流注入导致量子阱净电子积聚为应力变化的原因。通过电荷密度分析可知,随着应变由压应变转变为张应变,导带底电子le浓度保持不变,而价带顶重空穴HH带和轻空穴LH带的电荷密度呈下降趋势。随着压应力弛豫至无应力时,介电函数虚部Im（εxx+εyy）强度呈急剧下降趋势;当应力继续变化至张应力时,Im（εxx+εyy）强度继续呈缓慢下降趋势,说明电子空穴的跃迁几率随压应力转变为张应力而下降。因此,电流诱导应力变化引起量子阱空穴浓度下降以及介电函数虚部Im（εxx+εyy）强度下降引起的电子空穴复合几率下降是导致效率下降的重要原因。未来通过预调控量子阱应力是改善InGaN基LED效率衰减的新方法。研究高A1组分AlGaN基LED电流诱导应力及其量子能级跃迁响应。已有研究表明TE偏振光比例随电流上升而减弱,甚至转换成TM偏振光占主导,导致大电流下的外量子效率下降变得更加严重。为了验证光提取效率与光偏振特性的关系,我们采用变角度电致发光EL谱测试不同电流注入下的电致发光谱。由于TM偏振光的出光方向垂直c轴,以侧面出光为主,而TE偏振光的出光方向沿c轴,容易从LED的正面或背面出射。变角度EL结果表明随着电流注入的上升,TM偏振光比例上升导致光提取效率下降。我们利用LED电注入发光状态下的应力表征系统测试不同电流注入下AlGaN基DUV LED的拉曼光谱以研究应力变化。由于电流注入下量子阱承受最大的压降,所以,电流注入下的拉曼峰位频移主要源于量子阱。AlGaN基LED的阱垒组分接近,难以分辨拉曼峰位频移来源于阱或垒层,因此,我们采用量子阱的平均Al组分0.52进行应力计算。通过变A1组分的拉曼光谱分析,无应力的A10.52Ga0.48N量子阱的E2（GaN-like）的拉曼峰位于596.5 cm-1。根据不同电流条件下拉曼峰与无应力拉曼峰的频移可计算不同电流注入条件下的应力变化。在无电流注入下量子阱受到0.90 GPa张应力作用;随着电流上升至200 mA,张应力上升至约0.42 GPa。通过第一性原理计算可知,随着注入电流上升产生张应力变化的原因为量子阱电子积聚。接着,采用第一性原理计算（Al0.50Ga0.50N）2/（AlN）6量子阱在电流诱导应力作用下电子结构的变化。当量子阱受到的张应力上升时,CH带上移并占据价带顶位置,改变价带顶的能带排序,在Γ-A区域产生更强的色散,降低量子阱对空穴的限制效应,从而导致偏振程度下降。因此,电流诱导张应力上升引起TM偏振光比例上升,是导致光提取效率下降的重要原因。当AlGaN多量子阱受到的应力弛豫由张应变至无应变状态时,价带顶由张应变时的晶体场分裂CH带占据主导转变为重空穴HH带和轻空穴LH带占据主导,价带顶能带结构在布里渊区Γ-A区域表现出分立量子能级特性,空穴被较好地局限在量子阱区域,发光由TM偏振光转变为TE偏振光占据主导,总辐射率Rsp出现大幅上升,正面或背面的光提取效率较高。因此,通过控制高Al组分AlGaN基LED量子阱受到的应力可增强TE偏振光的比例,从而提升光提取效率。