四元系AlGaInP是一种具有直接宽带隙的半导体材料,已广泛应用于多种光电子器件的制备。由于材料发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段,由此制成的可见光高亮度发光二极管受到广泛关注。四元系AlGaInP高亮度发光二极管已大量用于户外显示、交通灯、汽车灯等许多方面。为了满足不断变化的需求,进一步改进外延材料的品质,因此需对此材料体系进行深入研究,设计具有更高性能的材料结构和外延工艺。不仅要提高内量子效率和取光效率,更重要的提高器件工作的可靠性。本文针对四元体系AlGaInP高亮度发光二极管效率、MOCVD材料外延优化生长等方面,开展了一系列研究工作。(1)理论分析和效率测量:从理论上计算了AlGaInP材料的自发辐射,并分析了各种影响内量子效率的非辐射复合因素。提出内量子效率变温测量方法,在30K-300K内测量LED样品的外量子效率随温度的变化关系,并根据LED内部复合机制,最终确定内量子效率。利用光线追迹法,详细计算AlGaInP发光二极管取光效率。在取光效率计算模型中,引入了光子循环的影响,使得取光效率的计算更准确、真实。在此基础上,利用反推式,也可以计算得到内量子效率。最后提出了一种高取光效率LED模型和几种简单有效的封装结构,并进行简单的效率分析。(2)材料优化生长:从理论上和实验上对AlGaInP限制层进行了详细地分析,并对P型掺杂的关键因素进行了深入地讨论。从实验上观察Al组分和衬底温度等因素影响p型掺杂浓度,加入退火工艺分析H钝化现象,找到提高p型掺杂浓度的工艺方法。对于GaP窗口层,我们利用一种特殊的生长方法在AlGaInP外延层上生长了高质量GaP p型材料,表面细条纹,而且掺杂浓度均达要求。并对改善后的窗口层工艺进行了可靠性分析。