Ga N基材料因其优异的性能在固态照明方面具有广泛的应用前景。与Ga N常用的异质外延衬底蓝宝石和Si C相比,Si衬底具有价格低、导电导热性能好、尺寸大、易于光电集成等优点,在Si衬底上制备Ga N基LED的技术路线非常有发展潜力,吸引了全球大量研究人员对其进行相关的研究。然而Ga N与Si衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配,这会在Ga N薄膜的外延生长引入巨大的失配应力,进而会影响LED器件的性能。虽然近年来Si衬底Ga N基LED技术已取得了重大进展,其发光效率已逐步赶上蓝宝石衬底LED,产业规模也在逐渐扩大,但与其独特结构相关的一些问题仍需要进一步研究。本文从Ga N薄膜外延生长和器件可靠性两个方面着手进行了研究,一方面研究了Si衬底切偏角对Ga N基LED外延膜的影响,利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)以及光致发光(PL)对外延薄膜的晶体质量、量子阱中In组分、表面形貌及光学特性进行了研究。另一方面研究了垂直结构芯片电老化过程中正向工作电压VF2下降的问题,首先,研究了单纯的热效应对器件老化过程中VF2变化的影响;然后,采用SIMS深度剖析技术分析了Si基LED芯片老化前后p-Ga N欧姆接触界面Mg、Ga、N、Ag等元素的纵向分布情况以及p-Ga N中H元素浓度的变化情况;最后,对比了纯Ag与Ni Ag Ni Ag两种结构器件的老化数据,研究了Ni在LED老化过程中的影响。基于以上两个方面研究,本文取得了以下研究成果:1.Si(111)衬底偏角对量子阱中的In组分、Ga N外延膜的表面形貌、晶体质量以及光学性能具有重大影响。为了获得高质量的Ga N外延薄膜,衬底偏角必须控制在小于0.5°范围。超出此范围,Ga N薄膜的晶体质量、表面形貌及光学性能都明显下降。2.开发出了一套满足二次离子质谱仪(SIMS)测试要求的Si基LED芯片试样制备工艺,该工艺也可应用于基于其它衬底制备的薄膜型LED芯片分析。3.老化过程所产生的热效应引起器件温度上升是有限的,还不足以激活Mg受主,不会引起器件VF2下降;老化过程中p-Ga N欧姆接触界面处的Mg、Ga、N、Ag元素均没有发生纵向扩散,且p-Ga N中H元素浓度基本上也没有发生变化,我们认为在老化过程中Mg-H络合物发生分解后,当有载流子正向注入时H+俘获电子变成H0,而H0是一种稳定状态不会钝化Mg。老化电压的下降是由于Mg受主在电注入的作用下被进一步激活,使受主浓度增加,引起p型层电导率上升,器件的VF2下降。4.纯Ag结构器件在老化过程中电压会下降0.2V左右,而N i Ag N i Ag结构的器件在老化过程中电压几乎不会下降。p型欧姆接触层采用Ni有利于提高Si基LED器件的稳定性。