Ⅲ族氮化物发光二极管(LED)具有寿命长、节能、色彩丰富、安全环保等优点，成为新世纪备受科技界和产业界的瞩目的新一代固态光源，并被誉为人类照明的第三次革命。然而目前还有一些因素阻碍着LED大功率器件应用方面的发展，像效率下降和散热问题。　　效率下降即LED内量子效率随工作电流升高而迅速下降的现象。这是影响LED发光效率的一个内部机制。经过不断研究，人们提出了许多可能引起效率下降的物理机制，不过准确的物理机制仍然存在很大的争议，到现在依然没有很有效的方法解决此问题。目前人们主要致力于极化效应、电子泄露和空穴注入效率的研究。由于Ⅲ族氮化物以蓝宝石衬底主要时主要是沿着c轴方向生长，引发Ⅲ族氮化物材料[0001]方向强烈的极化效应。产生的极化效应进一步引发内建电场，导致能带弯曲，使电子和空穴发生空间分离，从而减低电子和空穴的波函数重叠率，最终影响有源区中辐射复合效率，大大降低器件发光效率。另一方面，Ⅲ族氮化物材料中电子有效质量较小因此具有高的迁移率，这样电子进入有源区后容易越过电子阻挡层进入P型区形成漏电流，并与空穴复合，从而减低空穴浓度和注入效率。同时，因为空穴具有与电子相反的特性，这样空穴的注入效率和迁移率受电子阻挡层和垒层的阻碍而进一步降低。此外，加上受极化引发能带弯曲的影响，使电子阻挡层对电子的阻挡能力下降，对空穴的阻挡能力升高。进一步加剧电子泄露和降低空穴的注入效率，最终导致发光效率的下降。　　随着商业应用领域对LED大驱动电流不断提高，造成结温升高。结温升高导致载流子浓度增高，禁带宽度会减小，电子迁移率将减小，同时有源区载流子的辐射复合率降低，使得非辐射复合（热量）增加，从而降低LED的内量子效率。因此开发效率高、低成本且可靠性高散热材料和设计新型封装结构已成为大功率LED器件研发领域的一个重要研究方向。这里散热问题可以算作影响LED发光效率的一个外因。很多研究人员正在试图寻找一种散热性能高其成本较低的材料来缓解散热的问题。在自然界中金刚石的热导率最高，高达2000W/mK，同时铜也是一种高热导(397W/mK)材料，其成本不算高。结合金刚石膜与铜形成金刚石膜/铜基板可以吸收两种材料的优点，即迅速提高这种新型基板的散热能力，同时成本又不会太高，使得这种新型基板可以广泛应用于LED及其他电子器件的散热中。本论文后半部分主要研究封装散热材料和封装结构来提高LED器件的散热能力，保证LED器件的光电性能。　　本文试图通过设计模拟新型LED外延结构来改善效率下降和生长高导热金刚膜和并与铜结合进行封装提升散热能力两个方面来提高LED的发光效率。具体得到了下面一些有意义的研究结果:　　1、研究了采用晶格互补的AlGaN/InGaN超晶格作为电子阻挡层对LED性能的影响。由于有效势垒高度的提升，器件的光输出功率得到很大提高，效率下降问题很大的改善。　　2、研究了具有InGaN垒层和最后凹形垒层蓝光LED的光电性能。采用新的垒层后，不仅提高了有源区的载流子浓度，而且增加了波函数重叠度使得辐射复合率得到明显提高，因此提高了LED发光效率。　　3、研究了具有Al组分递增AlGaN垒层对蓝光LED性能的提高。采用新的垒层后，提高了有源区中载流子浓度和分布均匀性，最终LED光电性能得以提高同时效率下降得到缓解。　　4、在低温和低甲烷浓度条件下，可以生长出高质量金刚石膜且为(111)晶面（导热率最好的一个晶面），不过随着甲烷浓度的提高，开始逐渐转向(220)面。　　5、通过改造CVD设备，可以大幅提高金刚石膜的生长速率。即使不加入氮气，以钼台为衬底，也能够得到一个高的生长速率和高的薄膜质量，并且易于与衬底分离。　　6、以金刚石膜/铜为进行LED封装结构设计和封装。研究发现，采用这种结构可以使热先通过金刚石膜的迅速横向扩散均匀，增大扩散面积，再通过纵向散热达到提高器件散热效果。