氮化镓(GaN)基近紫外激光器(UVA LD，320~400nm)在紫外固化、3D打印以及医疗等领域具有广泛应用。文章首先概述了GaN基UVA LD的国内外研究现状与关键技术挑战，然后分析了如何从外延生长与结构设计的角度，解决AlGaN的应力调控、高效p型掺杂与量子阱中极化电场的抑制等关键问题，以期为进一步实现高功率、低阈值、长寿命GaN基UVA LD的外延生长提供参考。

突破高质量、高效金刚石掺杂技术是实现高性能金刚石功率电子器件的前提。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法，以三甲基硼为掺杂源，制备出表面粗糙度0.35 nm，XRD(004)摇摆曲线半峰全宽28.4 arcsec，拉曼光谱半峰全宽3.05 cm-1的高质量硼掺杂单晶金刚石。通过改变气体组分中硼元素的含量，实现了1016~1020 cm-3的p型金刚石可控掺杂工艺。随后，研究了硼碳比、生长温度、甲烷浓度等工艺条件对p型金刚石电学特性的影响，结果表明：在硼碳比20×10-6、生长温度1 100 ℃、甲烷浓度8%、腔压160 mbar(1 mbar=100 Pa)时p型金刚石迁移率达到207 cm2/(V·s)。通过加氧生长可以提升硼掺杂金刚石结晶质量，降低杂质散射。当氧气浓度为0.8%时，样品空穴迁移率提升至 614 cm2/(V·s)。

基于第一性原理的平面波超软赝势法对(6, 0)单壁氮化铝纳米管、Ag掺杂，以及Ag和O共掺纳米管进行了几何结构优化。计算讨论了掺杂前后氮化铝纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度。研究显示: 本征氮化铝纳米管、Ag掺杂和Ag-O共掺氮化铝纳米管的带隙分别为2.49 eV、1.84 eV和1.80 eV。掺杂构型仍然保持半导体特性，Ag掺杂氮化铝纳米管的价带顶贯穿费米能级从而形成简并态，实现了氮化铝纳米管的p型掺杂，但Ag-4d态和N-2p态电子轨道间有强烈的杂化效应，Ag的单掺总体上是不稳定的。O掺入后，Ag与O之间的吸引作用克服了Ag原子之间的排斥作用，使Ag在氮化铝纳米管中的掺杂更加稳定; 共掺纳米管体系的带隙相较于单掺纳米管体系更加窄化，导电性进一步增强。Ag和O共掺有望成为获得p型氮化铝纳米管的有效方法。

为了实现对Li—N共掺杂p型ZnO薄膜的形成机制以及其稳定p型导电原因的揭示, 利用X射线光电子谱及基于同步辐射光源的X射线吸收精细结构谱测试对薄膜的局域电子结构进行了测算分析。获得了Li—N成键及Li—N复合型受主形成的信号, 利用光致发光测量计算其受主能级为122 mV。证实了薄膜中Li—N复合型受主的形成, 而Li—N共掺杂p型ZnO良好的稳定性则归因于Li—N共掺杂在p型ZnO薄膜中实现了Li和N的成键。

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了Mg单掺杂、N单掺杂和不同浓度的Mg-N共掺杂β-Ga2O3的结构性质、电子性质和光学性质，以期获得性能比较优异的p型β-Ga2O3材料。建立了五种模型：Mg单掺杂、N单掺杂、1个Mg-N共掺杂、2个Mg-N共掺杂和3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3。经过计算，3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3体系的结构最稳定。此外，在5种模型中，3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3体系的禁带宽度是最小的，并且N 2p和Mg 3s贡献的占据态抑制了氧空位的形成，从而增加了空穴浓度。因此，3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3体系表现出优异的p型性质。3个Mg-N共掺杂体系的吸收峰出现明显红移，在太阳盲区的光吸收系数较大，这归因于导带Ga 4s、Ga 4p、Mg 3s向价带O 2p、N 2p的带间电子跃迁。本工作将为p型β-Ga2O3日盲光电材料的研究和应用提供理论指导。

在有机发光二极管(OLEDs) 30多年的发展过程中, 器件结构设计和功能材料开发是实现器件高效率发光的关键。倒置结构器件被认为是实现OLEDs器件高效率、长寿命的一种可行方案。但倒置器件以ITO为阴极造成了器件电子注入势垒过大, 限制了倒置器件的进一步发展。本文以实现倒置器件电子注入原理的不同, 分别介绍了n型掺杂、偶极层修饰和隧穿注入等方法在提高ITO阴极电子注入性能的相关研究工作。最后, 对提高倒置器件电子注入性能的3种不同策略进行了总结和展望。

半导体材料通过掺杂实现n型和p型载流子导电在半导体器件领域具有重要意义，理论上可通过计算电荷转移能级和缺陷形成能来探索半导体材料的n型和p型掺杂效率。基于第一性原理，结合二维带电缺陷计算方法，类石墨烯氮化铝(graphene-like AlN, g-AlN)中的四种(BeAl,MgAl，CaAl，SrAl)潜在p型掺杂缺陷的结构、磁学、电学和缺陷形成能及转移能级被系统地计算。结果表明，所有缺陷体系均表现为深受主能级特性，很难为二维g-AlN提供p型载流子，它们反而会捕获g-AlN中的空穴，从而严重影响二维g-AlN材料的空穴导电率。BeAl在整个电子化学势范围内具有最小的形成能，因此更加容易掺入到g-AlN中，影响g-AlN材料的p型掺杂效率。

本文采用导模法生长技术，成功制备了高质量掺Si氧化镓(βGa2O3)单晶，掺杂浓度为2×1018 cm-3。晶体呈现淡蓝色，通过劳厄衍射、阴极荧光(CL)及拉曼测试对晶体的基本性质进行了表征，结果表明晶体质量良好。紫外透过光谱证明该晶体的禁带宽度约为4.71 eV。此外，在剥离衬底上，采用电子束蒸发、光刻和显影技术制备了垂直结构的肖特基二极管，平均击穿场强 EAva为2.1 MV/cm，导通电阻3 mΩ·cm2，展示了优异性能。

半导体材料的有效掺杂可为半导体器件的成功应用提供保障。理论上，通过计算缺陷形成能和电荷转移能级可以预测掺杂的难易性以及缺陷能级的深浅性。基于密度泛函理论，结合二维带电缺陷计算方法，系统计算二维BN材料中四种(CB，SiB，GeB，SnB)潜在n型掺杂体系的缺陷性质。结果表明，CB(SnB)体系最稳定价态为+1价(-1价)和0价，而SiB，GeB体系最稳定价态为+1价，0价和-1价，CB,SiB与GeB体系相应的施主离子化能为2.00 eV，3.57 eV和4.06 eV，均表现为深能级施主，很难为BN提供n型载流子。另外，CB体系在宿主BN为p型掺杂时+1价态具有负形成能，将会严重降低BN p型掺杂效率及空穴导电率。该研究结果可为实验上对二维BN进行掺杂尝试提供理论依据。

Ge材料由于在近红外波段具有较大的吸收系数、高的载流子迁移率、以及与Si工艺相兼容等优势而被视为制备近红外光电探测器最理想的材料之一。针对Ge光电探测器制备过程中面临的挑战, 文中综述了近年来笔者所在的课题组在Ge探测器材料、器件及工艺方面的研究进展。首先介绍了Si基Ge材料的制备工艺, 利用低温缓冲层生长技术、Ge/Si键合技术、Ge浓缩技术等分别制备得到高晶体质量的Si基Ge材料。研究了Ge材料n型掺杂工艺, 利用离子注入结合两步退火处理(低温预退火和激光退火)以及利用固态磷旋涂工艺等分别实现Ge材料n型高掺浅结制备。最后探究了金属/Ge接触势垒高度的调制方法, 结合金属中间层和透明导电电极ITO制备得到性能良好的Ge肖特基光电探测器。