基于实验样品，利用PICS3D模拟软件分析电子阻挡层对激光器性能的影响，尤其是对电光转换效率的影响。通过在上波导层和电子阻挡层之间插入一层AlGaN层，调整插入层和原始电子阻挡层的Al原子数分数和厚度，形成复合电子阻挡层，设计了一系列InGaN基紫色激光器，并模拟比较它们的电流-电压特性曲线、发光功率、电光转换效率、能带分布和载流子分布等特性。结果表明，采用插入层的Al原子数分数和厚度分别为0.30和15 nm、原始电子阻挡层的Al原子数分数和厚度为0.24~0.06和5 nm的新复合结构电子阻挡层，可以调整能带结构、抑制电子泄漏、增加空穴注入，从而提高辐射复合率、增大激光器电光转换效率。相较于参考结构，新结构的电光转换效率提升了36.9%。

基于实验样品结构，利用PICS3D模拟软件，构建了具有同样结构的InGaN基蓝光激光器，并采取了与实验样品一致的内部参数测定方式，结果表明，内部损耗相对误差为3.5%，实现了严格的比对。随后，构建了一系列InGaN基蓝光激光器，通过比较不同In摩尔分数下的光输出功率、载流子分布、光场分布、辐射复合系数和能带曲线等参数，对上波导层中的In摩尔分数进行优化研究。设计得到了光功率更优的两种不同的优化结构，均有效减少了电子泄漏，提高了斜率效率，从而有效提高了光电转化效率，其中渐变In摩尔分数上波导层结构提升效果更为显著。

为了进一步提升蓝光激光器的性能，基于实验样品结构，详细研究了不同结构的p型波导层和有源区的组合对InGaN基边发射蓝光激光器性能的影响。利用PICS3D软件模拟计算其光输出功率-电流-电压特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布、激射复合率等光电特性。结果表明，In组分渐变的p型波导层和前两个量子垒层、最后一个量子垒层使用AlGaN材料的新结构，可以很好地抑制电子泄漏，增加空穴注入，提高受激辐射复合率，从而提升蓝光激光器的发光效率。在1.5 A注入电流下，新结构的光输出功率可达2.69 W，相较标准结构提升了47.8%。

为提高紫外激光器的光电性能，降低阈值电流，提出采用Al组分渐变的量子垒层（QBs）以及Al组分渐变的n型波导层（n-WG）优化标准结构——参考实验样品设计的AlGaN基紫外激光器结构，使用PICS3D仿真软件，对3种不同的新结构及标准结构进行构建和数值分析。比较了4种结构的L-I-V特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布等性质，结果表明，同时采用Al组分渐变的QBs以及Al组分渐变的n-WG的紫外激光器具有更优异的性能：在800 mA注入电流下光输出功率可达775 mW，与标准结构相比提高了35.7%；阈值电流为62.3 mA，与标准结构相比降低了73.6%。

AlGaN量子结构是实现高光效、高稳定紫外固态光源的核心。近年来，AlGaN半导体材料及其紫外光源应用研究取得了较大的进展。然而，AlGaN材料的生长制备只能在非平衡条件下完成，涉及的生长动力学问题十分复杂，制约了量子阱等结构品质的提高；材料带隙宽，p型掺杂难度大，激活效率低，限制了载流子注入；光学各向异性显著，不利于光从器件正面出射。因此，AlGaN基紫外、特别是深紫外波段器件性能还有待提高。本文梳理了AlGaN量子结构与紫外光源效率之间的关系，详细阐述和总结了有源区量子结构、p型掺杂量子结构以及光学各向异性调控等方面所面临的挑战及近年来的重要研究进展。

紫外LED的发光功率和效率还远不能令人们满意,波长短于300 nm的深紫外LED的发光效率普遍较低。厘清高Al组分AlGaN多量子阱结构的发光机制将有利于探索改善深紫外LED的发光效率的新途径、新方法。为此,本文通过金属有机气相外延技术外延生长了表面平整、界面清晰可辨且陡峭的高Al组分AlGaN多量子阱结构材料,并对其进行变温光致发光谱测试,结合数值计算,深入探讨了AlGaN量子阱的发光机制。研究表明,量子阱中具有很强的局域化效应,其发光和局域激子的跳跃息息相关,而发光的猝灭则与局域激子的解局域以及位错引起的非辐射复合有关。

概述了一套基于LabVIEW而搭建的半导体光致发光扫描系统.充分考虑扫描过程中由于外延片荧光信号过于微弱、不均匀背景光噪音可能产生的光谱采集失真以及随后分析谱图所存在的物理参量读取误差等因素, 通过扣除背光源、隔离样品、高斯拟合等方式对测量过程进行优化.同时依托LabVIEW自身强大的仪器控制能力, 如调用动态链接库与ActiveX控件实现了对光谱仪和平移台的通信与控制, 结合其良好的数据分析及显示能力, 实现了对外延片测量、读取、分析处理以及实时显示等过程的自动化整合, 准确高效地提取出样品空间分辨的光致发光特性如峰位、光强等.最后初步分析了所用外延片的发光均匀性, 得出波长分布与生长温度分布基本一致, 肯定了保持生长腔内温度均匀一致的重要性.该系统不仅界面友好、简单易操作、实时性强、智能化高且搭建简单易行, 极大地降低了成本, 方便研究人员进行快捷准确的测试.

运用平面波展开法（PWE），针对光子晶体在短波长段发光二极管（LED）领域上的应用，主要选择高频禁带模式，研究了4种具有较大应用潜力的二维光子晶体结构，包括正方空气柱结构、三角空气柱结构、正方介质柱结构和三角介质柱结构。在不同晶格常数、占空比（AFF）、柱半径和晶格常数比下，分析了TE模式和TM模式光子禁带的变化。数据分析表明，光子禁带中心波长随AFF增加而变小。相比于其他结构，正方介质柱结构更适于短波段光子晶体LED来提高其出光效率，三角介质柱结构和三角空气柱结构适合用于构造短波段偏振光LED。

采用分子束外延方法在室温下于Si(001)表面上生长ZnO材料。实验发现:样品为闪锌矿和六角结构的ZnO混合多晶薄膜，其表面分布着一系列具一定取向的近似长方形的纳米台柱结构。在不同参数的高温退火后，这些梯形台柱将变小，形成梯形纳米环，或分解为较小的纳米柱及其团簇结构等。分析表明：ZnO混合多晶薄膜的形成，以及表面纳米台柱的演变，与Si(001)衬底、较低温的生长温度及热效应等因素相关联。

本文使用LMTO-ASA能带方法和超原胞方法计算了Ti-N系统中三个稳定相(α-Ti,ε-Ti2N和δ-TiN)的电子结构,然后通过将这三个稳定相作为样本并借助于统计超原胞方法,本文全面计算了TiNx系统的电子结构.在这基础上,我们又进一步计算了TiNx系统的联合态密度,并利用所得结果初步探讨了TiNx系统的光学性质.通过与金的联合态密度的比较,我们得到了当组分x在0.4至0.6范围内,TiNx镀膜表观上可呈现金黄色.