半导体材料作为环保、节能绿色能源的代表，以其独特的优点，广泛应用于汽车照明、装饰照明、显示、光纤通信等多个领域，就目前发展趋势来看，高效率、高亮度、高可靠性、低成本的高性能发光二极管（LED）已成为研究的热点。为研究出适用于照明和超高亮度领域的高性能发光二极管，必须解决一些结构和关键技术上的问题，特别是提取效率低问题，因为提取效率低会导致发光亮度下降、器件发热而寿命缩短、可靠性下降等问题。因此，本课题工作是在国家高新技术研究发展，国家重点基础研究发展规划资助项目的支持下进行，围绕高性能LED新型结构及其关键技术进行了深入的理论分析和实验研究，旨在提高LED的光提取效率和温度稳定性。　　 本论文通过介绍发光二极管的一些基本理论，包括发光二极管工作原理、发光效率、AlGaInP系和GaN基发光材料特征，LED发光机理，从器件结构和制作关键工艺方面着手来研究提高LED性能的方法；通过对LED重要的电学及光学特征参数分析介绍，为分析和评判LED性能提供理论依据。主要工作包括AlGaInP红光共振腔结构LED（RCLED）和GaN基蓝光垂直结构LED两方面的研究内容，主要研究内容如下：　　 首先，主要介绍了AlGaInP红光RCLED和GaN基蓝光LED两方面的一些基本理论，主要设计原则，设计要点和优化方向。一方面，研究了AlGaInP红光RCLED共振腔、分布式布拉格反射镜（DBR）等基本理论，给出了RCLED设计原则和RCLED设计要点。为提高AlGaInP红光RCLED的性能，重点分析了RCLED中DBR材料的选取和结构优化的方向；另一方面，对GaN基蓝光LED电流拥挤效应、衬底材料选择进行了分析介绍，为解决蓝宝石衬底对GaN基蓝光LED光电性能带来的不良影响，提出了可行性较高的解决方案。　　 其次，在AlGaInP红光RCLED结构中，选取适当的DBR材料和优化的多层膜结构，可以在保证谐振的前提下，提高发光效率，增加响应速率、提高温度稳定性、腔稳定性和进行更好的波长选择性，达到提高RCLED的性能目的。为此，本文提出了SiO2/Si3N4多层介质膜结构AlGaInP红光RCLED。为获得高反射率、低应力的SiO2/Si3N4多层介质膜，采用了PECVD高低频交替生长法进行生长，并通过实验得出了干、湿法并用的腐蚀方法。采用传输矩阵法理论分析了其反射谱，获得了使PL谱辐射增强的最优SiO2/Si3N4多层介质膜结构，利用最优结构制各了器件，在20mA注入电流下，与普通结构相比，使裸芯的光功率和光效分别提高了27.7％和26.8％，且光功率衰减缓慢，没有明显的下降趋势，体现了良好的温度稳定性。　　 再次，对于正面出光的AlGaInP红光RCLED，为实现上、下DBR镜反射率的最佳匹配，使更多的光从出射窗口射出，获得最佳效率。在n-型DBR对数为固定值时，对传统P-型DBR对数进行了优化，并分析了不同P-型DBR对数对器件性能的影响。通过理论分析对比n-型AlGaAs/AlAs DBRs对数都为34，p-型AlGaInP/AlInP DBRs对数分别为15，10，5的三种结构，发现通过选择最优化的DBR对数，即适当的反射率和抑制带宽，可以在实现高的电流注入、低的吸收损耗、最小化的DBR深度深度的同时，获得好的效率。通过理论分析对比，我们选择两组不同P.型对数的样品制备成225μm×225μm裸芯，进行了测试分析，实验结果证明，选择最优化DBR对数的器件，在光输出功率、光亮度、光效、光功率饱和特性、温度稳定性方面的优势得到了充分体现，并获得1.66V低开启电压和5.7Ω电阻，在20mA的驱动电流下，光输出功率和辐射效率分别提高了13％和45％。　　 最后，为解决因蓝宝石衬底给器件带来的上下台面结构造成的工艺复杂，电流扩展不好，器件散热困难等问题，更好的提高GaN基蓝光LED的电学特性和功率转换效率，对GaN基蓝光垂直结构LED进行了相关研究。利用激光剥离技术和芯片键合技术设计了GaN基蓝光垂直结构LED，对为制备大面积、低电阻、高反射率的p型低欧姆接触金属层，对其关键技术如反光镜技术、芯片键合技术等进行了研究。并对金属反光镜、ITO反光镜、全方位反光镜（ODR）进行了制作及反射率分析，制备出了具有高反射率全方位反射镜的GaN基垂直结构LED，通过分析比较光功率、光强、光通量、电压、光效等参数，结果说明ODR-LED比普通金属反光镜LED在光强和光输出功率等方面性能有很大提高，20mA注入电流下，光强和光功率分别提高了28.25％和41.1％。在变电流下，随着电流的增加，两样品的光功率一直增加，并成上升趋势，直到100mA都没出现光功率饱和现象，这说明了垂直结构器件具有很好的温度稳定性。