在砷化镓(GaAs)集成无源器件(Integrated Passive Device, IPD)的制作工艺中,通孔刻蚀是一道重要环节。蚀刻孔边缘的GaAs会被蚀刻,由此引发崩边并对器件性能及可靠性造成不利影响。本文中,用于通孔蚀刻的GaAs厚度不小于200 m,通孔边缘没有被蚀刻的痕迹,以实现金属导线的平滑连接。采用光阻和金属来充当掩膜,有效解决了单一光阻因厚度过高而变形或者厚度薄导致GaAs衬底被蚀刻的问题。通过优化工艺,在光阻厚度为32 m、金属掩膜厚度为0.5 m、金属蚀刻时间为60 s以及感应耦合等离子体(Inductively Couple Plasma, ICP)蚀刻4000 s的条件下,得到了孔深为200 m且通孔边缘平整的形貌。分析了 GaAs 崩边形成的主要原因与机理,并通过优化工艺解决了200 m通孔的崩边问题,从而提高了器件性能及可靠性。

随着射频/微波器件的快速发展及其应用领域的日益扩大，基于半导体单片集成技术的多种器件集成工艺不断发展。研究了一种采用AlGaAs--InGaAs的砷化镓化合物衬底。琥珀酸湿法蚀刻工艺对器件电性能影响较小。将耗尽型和增强型赝配高电子迁移率晶体管(pseudomorphic High--Electron--Mobility Transistor, pHEMT)器件集成于同一芯片半导体工艺技术。结果表明，增强型晶体管Y型栅极的线宽为0.25 m，开启电压为0.3 V；耗尽型晶体管栅极的线宽为0.5 m，开启电压为-0.8 V，实现了在同一芯片上集成从负到正的栅极电压分布，为设计者提供了更为宽广的设计平台。这种集成技术可以应用于低噪声放大器、线性天线开关、滤波器以及功率控制装置等领域。

通过理论分析和实验测量，研究准波导结构染料薄膜中荧光和放大自发辐射（ASE）的泄漏模特性。理论上，考虑薄膜传输损耗及染料吸收损耗对准波导结构中泄漏模特性的影响，通过计算准波导结构中泄漏模的光强分布，给出了相应的物理机制分析；实验上，以棱镜为衬底制备染料薄膜，根据棱镜耦合法测量不同出射角对应的泄漏模的荧光与ASE光谱，验证理论的正确性。此外，采用光束分析仪探测各泄漏模式对应的荧光及ASE的光强分布，研究了准波导结构中ASE的激励特性。结果证明，荧光峰及ASE峰的红移以及泄漏模的激发是界面反射率、薄膜传输损耗及染料吸收损耗等共同作用的结果，而界面反射率对ASE泄漏模激发特性有重要影响，染料的自吸收是荧光峰及ASE峰产生红移的主要因素。

钯催化Suzuki反应合成得到一种9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴(DPFP)荧光染料,研究了该染料的吸收和荧光光学特性,以及DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜的荧光光谱特性和放大自发辐射特性。实验结果表明:DPFP的吸收峰位于333 nm，DPFP的荧光光谱在370 nm和386 nm出现荧光峰，在408 nm出现肩峰，存在从激发态S1能级到基态S0能级的S10-S00，S10-S01和S10-S02三种振动带的电子跃迁; 同时，在Nd:YAG纳秒激光器355 nm输出光的泵浦下，DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜在波长390 nm和406 nm处实现了放大自发辐射，其阈值能量密度分别为3.24和3.40 mJ/cm2; 此外，通过调节DPFP掺杂DNA-CTMA的质量比可以实现特定波长的放大自发辐射。

通过对RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射(ASE)光谱的实验测量和理论分析，研究了准波导结构染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱特性。实验上采用连续激光和脉冲激光照射，分别测量准波导结构RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱，发现荧光峰和ASE峰随着染料掺杂浓度和薄膜厚度的增加产生红移；理论上考虑准波导结构下薄膜中染料的自吸收效应，类比激光器谐振腔模型，分析低阶导模传输的增益特性，获得了荧光光谱与ASE光谱中荧光峰和ASE峰对应波长与染料掺杂浓度的关系，数值计算与实验测量相吻合。结果表明，准波导结构下薄膜中染料自吸收效应导致荧光峰及ASE峰发生红移，改变染料掺杂浓度，可以在较大调谐范围实现ASE。

采用旋涂法制备了若丹明6G（Rh6G）和若丹明B（RhB）两种染料掺杂的DNA-CTMA复合薄膜，并通过对薄膜的表面形貌、紫外/可见/红外吸收光谱、荧光光谱特性的测量，表征了薄膜的成膜质量及光谱特性。通过NdYAG脉冲激光器的倍频光激发，研究了不同比例荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的放大自发辐射（ASE）现象并做了理论解释。实验结果表明，在波长为532 nm的脉冲激光抽运下，Rh6G/RhB/DNA-CTMA薄膜的发射谱出现了明显的窄化现象，而且比单一染料掺杂DNA-CTMA薄膜的发射谱呈现出较大的光谱调谐范围，是一种较好的有机聚合物激光材料体系。

构造一种棱镜耦合一维光子晶体结构，利用传输矩阵方法对该结构中光的传输特性进行研究。结果表明：光在这种棱镜耦合一维光子晶体结构中传播时，会在光子晶体表面产生非辐射传播模，即表面波，而且在反射谱中表面波所在的角度位置、反射率的大小以及反射峰的半峰全宽受到一维光子晶体的介质折射率和介质厚度的调制。此外，表面波对应的角度位置对光子晶体最外端的环境折射率与厚度敏感，可以应用于高精度的质量传感。

采用电子束刻蚀技术在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基底上制作高精度、大面积纳米量级的二维Thue-Morse型准周期光子晶体，并且对其远场衍射的光学特性进行了实验研究。同时，根据光的衍射和干涉理论，对二维Thue-Morse型准周期光子晶体的夫琅禾费衍射图像的空间强度分布进行了理论分析，理论模拟和实验结果一致。