室温下, InPBi表现出强而宽的光致发光光谱, 其宽光谱特性来自于材料中的PIn反位深能级和与Bi相关的深能级。该特性使得InPBi有希望应用于制备光学相干层析扫描系统中的超辐射光源。文章利用透射电子显微镜和三维原子探针研究了InPBi薄膜材料的结构性能, 发现Bi原子在InPBi薄膜中的分布极不均匀, 在InPBi/InP界面出现了Bi的富集区, 从该区域沿［001］方向出现了Bi的纳米面, 此纳米面位于(110)平面上。这种Bi原子的富集分布阻碍了PIn反位参与的载流子复合过程, 对InPBi的光学性能有显著的影响。研究结果可为制造光学相干层析扫描系统的超辐射发光二极管提供一定的理论基础。

本工作采用自主设计的低温高压装置, 在77 K的低温条件下对纤锌矿型GaN进行了高压拉曼光谱、高压光致发光(PL)光谱以及第一性原理计算研究。拉曼光谱数据表明GaN的拉曼振动模在77 K下发生蓝移约5 cm-1, 但由温度引起的蓝移现象随压强的增加逐渐消失。PL光谱测量得到GaN在77 K常压下带隙为3.470 eV, 并且随着压力增加带隙增大。采用第一性原理杂化泛函HSE方法, 得到了同样的变化趋势。 GaN的激子(ΓBX)特征峰能量随着压强的增加而增加, 拟合得到77 K的条件下激子能量随压强变化关系为: E(P)=3.470+2.89×10-2P+1.1×10-3P2 eV。

为实现InP基单片集成光电子器件和系统,对InGaAsP/InGaAsP分别限制异质结多量子阱激光器结构展开量子阱混杂(QWI)技术研究。在不同能量P离子注入、不同快速热退火(RTA)条件以及循环退火下,研究了有源区量子阱混杂技术,实验结果采用光致发光(PL)谱进行表征。实验结果表明:在不同变量下皆可获得量子阱混杂效果,其中退火温度影响最为显著,且循环退火可进一步提高量子阱混杂效果;PL谱蓝移随着退火温度、退火时间和注入能量的增大而增大,退火温度对蓝移的影响最大,在注入剂量为1×10 14 ion/cm 2,注入能量为600 keV,750 ℃二次退火150 s时获得最大蓝移量116 nm。研究结果为未来基于QWI技术设计和制备单片集成光电子器件和系统奠定了基础。

采用简化的种子层制备工艺在ITO基底上制备了ZnO种子层，并使用化学溶液沉积法制备了高度取向的ZnO纳米棒阵列。采用XRD和SEM对ZnO纳米棒的结构和形貌进行表征，并对样品的光学性能进行了测试。测试结果表明，所制备的ZnO纳米棒为c轴择优取向的六角纤锌矿结构，直径为66~122nm可控，且排列紧密，形貌规整。光学性能测试结果表明，吸收光谱在375nm附近表现出强烈的紫外吸收边是由于禁带边吸收引起的；反射光谱具有一定的周期振荡性，可用于薄膜厚度的估算；光致发光谱在378nm附近有很强的紫外发射峰；增大生长液浓度和高温退火可降低缺陷发光，改善结晶质量。

采用射频磁控溅射方法在蛋白质基底上成功地制备了ZnO薄膜, 研究了不同靶基距、氩氧比和溅射功率条件对ZnO薄膜性质的影响。结果表明, 较小的靶基距有助于ZnO薄膜的c轴择优取向生长。我们还发现, 沉积于玉米蛋白质基底的ZnO薄膜存在不同程度的张应力, 当Ar/(Ar+O2)为0.7时, ZnO薄膜内的张应力最小。ZnO近带边发光峰有不同程度的红移, 我们认为, 这是由于晶界势垒和氧空位Vo造成的。随着溅射功率的增大, 薄膜生长速率显著加快, 晶粒尺寸增大, ZnO的近带边发光峰位逐渐趋向于理论值。

基于严格耦合波理论，提出了一种在可见光波段能调控入射光相位的非周期悬空氮化镓（GaN）薄膜光栅。首先，采用有限差分时域（FDTD）方法，通过改变光栅的周期、占空比等参数仿真计算非周期悬空GaN薄膜光栅的光响应。然后，采用双面加工工艺和氮化物背后减薄技术在硅基GaN晶圆上制备非周期悬空GaN薄膜光栅，控制入射光束的相移。最后，通过角分辨微反射谱实验和光致发光测量实验表征了该薄膜光栅的光学性能。角分辨微反射谱实验结果显示非周期悬空GaN薄膜光栅的光学性能与FDTD的理论分析一致；光致发光测量实验显示其光致发光（PL）强度比硅衬底GaN光栅大大增强，峰值从364.3 nm转移到378.7 nm。另外，在可见光波段内，该悬空非周期GaN光栅有较大的入射角容忍度，为-25°～25°。得到的结果表明，研制的悬空非周期GaN光栅有助于提高光提取效率。

对未掺杂的In0.22Ga0.78As/GaAs量子阱材料开展了能量为1 MeV、电子注量达1×1016 /cm2的电子束辐照实验。实验结果显示，电子束轰击量子阱材料，通过能量传递在材料中引入缺陷，导致光致发光减弱；电子束辐照后的量子阱中同时存在应力释放和原子互混现象，导致量子阱的发光峰先红移后蓝移；辐照后的量子阱发光波长取决于应变弛豫和扩散的共同作用。

在常压条件下使用CVD法生长单层WS2, 通过改变实验条件实现控制晶粒大小或生长成薄膜的目的。采用光学显微镜、拉曼、光致发光谱等对制备的样品进行表征, 得到了结晶质量高、尺寸达120 μm的单层WS2晶粒。同时讨论了几个重要参数如温度、生长时间以及钨源用量等对生长单层WS2的影响。结果表明: 温度对CVD生长WS2影响最大, 高温有助于生长高结晶质量的WS2。调节生长时间可以控制WS2晶粒的大小, 较长时间能生长出连续的薄膜。过量的S蒸汽会抑制WS2生长, 影响结晶质量。