LED被认为是第三代高效节能的绿色固态照明光源,近年来发展特别迅速并已产业化,其光效不断提高,价格不断下降,已广泛进入了人们的日常生活中,逐步替代白炽灯照明,并将最终淘汰荧光灯、节能灯等照明产品。目前以GaN基材料为主的量子阱结构LED最显著的问题是随着注入电流的增加,其光效逐渐下降,即光效Droop效应。特别是大功率LED,光效Droop效应的问题更严重。因此,掌握其机理并降低光效Droop效应是实现LED固态照明应用亟待解决的科学问题。GaN基LED的光效Droop效应起因十分复杂,大致可分为内部损失以及载流子泄露。对于内部损失主要是由于载流子的解局域化、俄歇复合等原因。对于有源区载流子的泄露主要有极化场的存在,空穴注入效率低,载流子过冲,缺陷辅助隧穿等一系列原因引发droop效应。本论文以InGaN基量子阱结构LED所面临的主要问题为出发点,主要围绕光效Droop机制问题开展了一些探索性研究工作,主要内容如下:首先,系统地测试了近紫外,蓝光及绿光一系列LED在不同温度下(25K-300K)的电致发光光谱。分析了蓝、绿光LED低温下外量子效率随电流密度增加(0.05 A/cm2～55A/cm2)存在“S”型曲线的变化趋势,即效率随着注入电流的增加先下降后上升,最后再下降。低温小电流下随着电流上升解局域态现象开始了,所以光效整体下降了,随着载流子的持续注入,载流子开始大量填充量子阱,从而效率又开始上升了。其次,针对蓝绿光LED在大电流注入下光效Droop问题,我们提出了量子阱中载流子Bulk-Material to Quantum-Well间接复合模型。即量子阱中随着注入电流的增加,费米能级上升到一定高度时,载流子开始填充量子阱上方的能态。处于高能态的这部分载流子,不能与价带中的空穴直接复合,而是以一定的几率跃迁到量子阱中发生间接复合,但还有很大一部分跃迁到更低的缺陷态中进行非辐射复合,导致了大电流下外量子效率随电流增加而下降。最后,对于近紫外LED,其低温下的外量子效率存在着两段不同的下降趋势,即在小电流下(0.05A/cm2～75A/cm2)先是急剧上升然后又急剧下降,最后随着电流继续增大,其下降的斜率变得平缓,这说明具有两种不同的主要机制决定着外量子效率的Droop效应。结合峰值波长随着电流和温度的变化,我们认为在小电流下,主要机制是局域态的变化,因为局域态对温度的变化很敏感,所以当电流开始增大时,温度上升,解局域的现象出现,外量子效率也立即下降。而在大电流下,外量子下降相对平缓,其主要机制与蓝、绿光一致,可以利用Bulk-Material to Quantum-Well 间接复合模型解释。本文系统地研究了近紫外到绿光InGaN/GaN量子阱结构LED光效Droop效应的主要机制。结合实验数据,建立了电致发光下Bulk-Material to Quantum-Well间接复合模型,从理论上解释了 LED的光效Droop机制。该模型的建立有利于我们掌握量子阱结构中载流子相对辐射和非辐射复合几率,以及大电流下载流子的分布和输运对光效Droop的影响。