为了实现Ⅲ-V器件在硅基平台上单片集成, 近年来Ⅲ-V半导体在硅衬底上的异质外延得到了广泛研究。由于Ⅲ-V半导体与Si之间大的晶格失配以及晶格结构不同, 在Si上生长的Ⅲ-V半导体中存在较多的失配位错及反相畴, 对器件性能造成严重影响。而Si(111)表面的双原子台阶可以避免Ⅲ-V异质外延过程中形成反相畴。本文利用分子束外延技术通过Al/AlAs作为中间层首次在Si(111)衬底上外延生长了GaAs(111)薄膜。通过一系列对比实验验证了Al/AlAs中间层的插入对GaAs薄膜质量的调控作用, 并在此基础上通过低温-高温两步法优化了GaAs的生长条件。结果表明Al/AlAs插层可以为GaAs外延生长提供模板, 并在一定程度上释放GaAs与Si之间的失配应力, 从而使GaAs薄膜的晶体质量得到提高。以上工作为Ⅲ-V半导体在硅上的生长提供了新思路。

远程外延能够突破传统外延中晶格匹配、热匹配等限制, 近年来得到了广泛的关注。Ⅲ-Ⅴ族和Ⅲ-氮化合物半导体已经成功在石墨烯上远程外延生长, 但Ⅳ族半导体的远程外延很少被报道。本文首次借助于分子束外延技术在石墨烯上远程外延制备了半导体Ge纳米柱, 研究了其生长特性及剥离转移。结果表明: 远程外延生长的Ge纳米柱为[111]c晶向, 集中分布在石墨烯的褶皱以及衬底Cu-Ni原子台阶处; 随着生长温度的提高, Ge纳米柱的高度和密度逐渐下降, 但直径差别不大, 约为55~65 nm; 此外, 自组织生长的Ge纳米棒显示无应变的生长状态; 引入少量Sn形成GeSn纳米柱, 能够显著提升Ge纳米柱的面密度。同时, 生长的Ge纳米柱可实现剥离, 有望实现异质集成, 应用于先进光电子器件等领域。

为了提高声光移频器的性能,对其内部声光晶体(AOC)和压电超声换能器(PZT)电极之间的位置失配特性进行研究,并深入分析AOC和PZT电极之间几类不同的几何装配错位关系。通过构造AOC与电极失配的三维有限元模型,在不同轴向装配错位的条件下对AOC中的超声波声场进行仿真分析。根据超声波的声场分布特性,可以发现几何装配错位会导致AOC内部形成不发生声光相互作用的区域,并揭示此区域长度与错位量的关系。通过分析声光相互作用区与不发生声光相互作用区之间的光学界面,发现位置失配会在输出光中发生双光束干涉效应,其对实际光学系统的输出会产生影响。基于双光束干涉原理搭建一种测量不发生声光相互作用区域长度的实验系统,所得结果证明理论分析的合理性。

机载激光雷达测深是近年来蓬勃发展的主动式水深测量方法， 能够快速精准地获取近岸水深和水下地形， 特别是对于浅海、 岛礁等船只无法达到的区域具有显著优势。 而机载激光雷达系统的测深能力主要受到水体浑浊度的影响。 激光测深实验中对实验区域的水体浑浊度研究将有助于实验方案的设计。 以中国海南岛沿岸海域为例， 研究了该海域水体浑浊度和机载激光雷达测深系统CZMIL(coastal zone mapping and imaging LiDAR)测深能力之间的关系， 建立了运用水体漫衰减系数估算机载激光雷达测深系统测深能力的算法。 首先分析并确定了实验区域的漫衰减系数Kd(490)反演算法； 其次， 运用该区域实测光学数据建立了漫衰减系数Kd(490)和Kd(532)之间的数值关系； 接着总结了Kd(532)和CZMIL系统最大测深值之间的关系； 最后运用MODIS数据合成了海南岛沿岸海域在CZMIL系统海道测量模式下的测深能力空间分布图， 重点分析了海口和陵水附近海域的最大可测水深分布情况。 为海南岛沿岸海域开展激光测深实验提供了参考和依据。

作为下一代固态照明光源, 白光有机电致发光二极管(white organic light-emitting diodes, WOLEDs)由于其高效、 节能、 环保等特点, 已经引起了广泛的关注, 将其用做照明光源的研究和应用也取得了长足的发展。 文中首先简述了WOLEDs的发光原理, 总结了目前常见的WOLEDs的结构和常用的发光材料, 重点介绍了多发射层白光器件、 多重掺杂单发射层白光器件、 基于激基缔合物和激基复合物发射的白光器件、 p-i-n结构的白光器件等器件结构的发光机理及其优缺点。 本文依据WOLEDs高效率、 高亮度、 高显色性、 长寿命的实用条件, 详细解释了器件效率, 色纯度, 相关色温和器件寿命等性能评价标准。 我们还分析了WOLEDs目前亟需解决的技术瓶颈, 并针对器件效率和器件寿命两个主要方面提出了相应的改善方案。 介绍了世界上照明用WOLEDs各公司的研究进展并对其市场前景做出了展望。

对GaN基绿光高压LED分别施加-500、-1 000、-2 000、-3 000、-4 000、-5 000和-6 000 V的反向人体模式静电打击, 每次静电打击后, 测量样品的I-V特性曲线及光通量等参量, 研究静电打击对GaN基高压LED器件性能的影响.结果表明: 当样品经过-500, -1 000、-2 000、-3 000和-4 000 V的静电打击后, 由于LED器件内部产生了缺陷, 发生了软击穿并且反向漏电流明显增加, 但光通量的变化不明显；当经过-5 000 V和-6 000 V的静电打击后, 由于发生了热模式击穿, 温度迅速升高, 在结区形成熔融通道, 使LED的光通量明显减小, 甚至衰减到未打击时的一半；在经受-6 000 V的静电打击后, 正向电压的减小和反向漏电流的增加更加明显, 漏电现象更加明显, 严重影响了器件的性能, 最终使LED样品失效.

设计并制备了51 V高压LED。对器件进行了大电流冲击试验并对器件的损毁原因进行了分析。运用有限元分析软件ANSYS对LED关键结构部位进行参数化建模及热分布模拟，得到其稳态的温度场分布；然后经过与红外热像仪成像图对比，得出电极烧毁的原因在于芯粒连接处的电极过薄过窄而导致的电阻过大，为后续设计更可靠的高压LED提供了参考。对芯片分别进行蓝光及色温5 000 K的白光封装，并分别测量了热阻，涂覆荧光粉的白光灯珠的热阻要比没有涂覆荧光粉的蓝光灯珠高约4 ℃/W。同时，51 V高压LED的热阻比1 W大功率LED要高，说明高压LED的散热性能比常规LED要差，这可能与高压LED具有深沟槽及众多的互联电极结构有关。

设计并制备了12 V 的GaN基绿光高压发光二极管(LED), 并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系, 电流变化范围为3~50 mA, 测试温度为25 ℃。实验结果表明: 电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时, 对应电压为14 V。随着注入电流的增大, 峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大, 光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中, 光效降低了约61%; 在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中, 光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时, 光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对 GaN基绿光高压 LED 的改进优化具有一定的参考价值。

研究对比了InGaN/GaN多量子阱发光二极管中p电极下的不同SiO2电流阻挡层的光电特性。 6种样品被分为3组: 普通表面、表面粗化、表面粗化+边墙腐蚀。每组都有两种结构, 一种具有电流阻挡层, 另一种没有电流阻挡层。每组中, 具有电流阻挡层的LED在20 mA下的正向电压分别为3.156, 3.282, 3.284 V, 略高于不含电流阻挡层的样品(Vf=3.105, 3.205, 3.210 V). 但是, 具有电流阻挡层的LED的光效和光功率要优于无电流阻挡层的器件, 在20 mA下的光功率分别提高了10.20%、12.19%和11.49%。这些性能的提升都要归功于电流阻挡层良好的电流扩展效应, 同时电流阻挡层还可以减小p电极下的寄生光吸收。