通过磁控溅射沉积以及高温热退火处理, 在5.08cm（2inch）c-plane 蓝宝石异质衬底上制备出单晶β-Ga2O3薄膜, 研究了溅射气氛中氧分压对β-Ga2O3薄膜的晶体结构以及光学特性的影响。通过调控氧分压, 获得了具有{-201}晶面族X射线衍射峰的β-Ga2O3薄膜, 其最大晶粒尺寸达到138nm, 在300~800nm波段透射率大于80%, 最大光学带隙达5.12eV。最优的薄膜表面粗糙度达0.401nm, 800nm波长处折射率为1.94。实验结果表明, 降低氧分压有利于溅射粒子动能增大、数量增多, 从而提升β-Ga2O3薄膜结晶质量、增加薄膜透射率和光学带隙; 适当提高氧分压则有利于改善薄膜表面平整度, 并提高致密度。

研究了p型GaN上Pd/NiO/Al/Ni反射电极欧姆接触的比接触电阻率、热稳定性, 以及光学反射率。与传统Pd/Al/Ni电极相比, Pd/NiO/Al/Ni电极的欧姆接触在氮气环境中经300℃下热处理10min后, 仍保持低比接触电阻率(小于5×10-4Ω·cm2)和高反射率(大于80%@365nm)。研究获得的优化Pd/NiO层厚度为1nm/2nm, 此时的Pd/NiO/Al/Ni反射电极既能形成良好的欧姆接触, 拥有低比接触电阻率, 又能减少对紫外光的吸收, 保持高反射率。研究表明适当的NiO层厚度能够有效地防止热处理过程中上层Al金属向p-GaN表面层的渗入, 对于制备高质量的Al基反射电极至关重要。

大口径衍射望远系统由于使用透射式的薄膜衍射光学元件作为主镜, 不仅质量密度低(表面质量密度可以达到01 kg/m2), 同时面形精度要求宽松, 发射成本低。本文阐述了衍射望远系统的基本成像原理, 并推导出任意大口径系统的初始结构计算公式, 给出了口径为300 mm、系统焦距为2 m, 工作波段为058 μm到068 μm的系统设计实例并研制了原理验证系统, 进行了星点像以及分辨率板实验。成像结果接近衍射极限, 与设计结果相符。本文所做工作为大口径衍射望远系统的设计提供了良好的理论基础和初始模型结构, 能够极大地缩短设计周期, 提高成像质量。

基于几何光学、能量守恒定律及菲涅耳定律等相关理论，提出了一种双自由曲面半导体发光二极管(LED)准直透镜的光学设计方法，并给出了构建准直透镜模型详细的算法设计。自由曲面是一种关于中心轴旋转对称的曲面，该曲面的二维轮廓在非均匀有理B样条曲线的方法理论基础上，采用ProE软件搭建而成。通过蒙特卡罗光线追迹模拟发现，相比传统的单自由曲面准直透镜，双自由曲面准直透镜不仅提高了照度均匀性，而且在能量利用率上也有显著的提高。研究结果表明，采用双自由曲面将大大提升准直透镜的设计空间，改善LED透镜的光学性能。

针对LED高光效、高显色指数的要求,在分析LED光学性能的基础上,采用板上芯片(COB,Chip on Board)技术研究了表面涂覆硅胶量对COB白光LED的光通量、光效、色温和显色指数的影响,并提出一种高光效、高显色指数、低色温的白光LED封装方案,提高了COB白光LED的出光效率,实现了特定的光学分布,最终实现14W COB封装结构下的白光LED,在电流密度为30A/cm2时,其色温、显色指数及光效分别为4900K、82和125lm/W。

制备了薄p型层GaN基pin型紫外探测器，并对其反向漏电特性进行了研究。探测器材料采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上外延生长获得，pGaN的厚度为30nm。基于该材料制作了具有共面电极的探测器器件，并采用SiO2对刻蚀侧壁进行了钝化。测试结果表明，结面积为1.825×10-4cm2的器件在-1V时的反向漏电流面密度为3.0×10-9A/cm2，优质因子达到3.7×109Ω·cm2。

采用反应磁控溅射法在不同工作气压(0.5～2.0 Pa)下沉积了一系列氮化铝(AlN)薄膜。研究发现, 在保持其他工艺参数不变的条件下, 工作气压对薄膜厚度的影响很小。场发射性能测试表明, 在较低的工作气压(0.5 Pa和0.7 Pa)下制备的AlN薄膜具有一定的场发射性能。扫描电子显微镜(SEM)图像显示, 在较高的工作气压(2.0 Pa)下制备的薄膜易产生空位及微空洞等缺陷, 使薄膜致密性下降。电子在薄膜中的输运因受到缺陷的散射而不能隧穿表面势垒进行发射。研究表明, 为获得具有良好场发射性能的AlN薄膜, 若采用反应磁控溅射法, 应选取较低的工作气压;同时, 对于薄膜型阴极, 具有紧密晶粒结构及较小缺陷的薄膜可能具有更优异的场发射性能。