在自然界中，物体运动无处不在，随着智能汽车、6G移动通信的高速发展，对通信和运动探测传感融合的高集成度通感一体器件的需求日益增加。本文基于氮化镓多量子阱结构发光和探测并存的特点，提出了一种基于蓝宝石衬底外延生长氮化镓多量子阱材料的集成式光电子芯片，该芯片具有灵敏的运动探测功能及可见光通信功能。该光电子芯片发射器向运动的目标物体发射蓝光波段可见光信号，经目标物体运动调制的可见光信号反射回光电子芯片的接收器部分，激发变化的光电流。通过分析接收器的光电流变化，可探测以不同速度旋转的目标物体的运动情况，光电流曲线变化周期与目标物体旋转周期一致。本文还研究了光电子芯片的各项光电指标及可见光通信性能，该芯片可用作可见光通信系统的收发终端，可以处理和传输芯片采集到的运动探测信号。基于氮化镓多量子阱材料的光电子芯片是一种具有实用价值的高集成度通感一体终端器件。

AlGaN 基深紫外（Deep ultraviolet，DUV）发光二极管（Light?emitting diode，LED）可用于杀菌、水体净化、光疗、固化、传感和非视距通信等场合，在生物、环境、工业、医疗和**等领域具有广阔的应用前景。针对现阶段 DUV LED 外量子效率较低的问题，本文提出了一种超薄垂直结构的 DUV LED 方案。该方案基于蓝宝石‐硅晶圆键合和物理减薄工艺实现了高质量 DUV LED 外延层从蓝宝石衬底到高导热硅基板的转移，并采用转移后亚微米厚度的超薄外延层制备出垂直结构的 AlGaN DUV LED。器件的出光面在减薄工艺后无需特殊的化学处理便可实现纳米级的粗化，配合超薄外延层结构具备显著的失谐微腔效应，有助于破坏高阶波导模式，从而增加 TM 波的出光并提升器件的出光效率。测试表明，转移后的外延层厚度约为 710 nm，制备出的 DUV LED 发光光谱峰值波长约为 271 nm。该垂直结构 DUV LED 制备方案为实现高效 DUV 光源提供了可行路径。

To date, fluorescence imaging systems have all relied on at least one beam splitter (BS) to ensure the separation of excitation light and fluorescence. Here, we reported SiO2/TiO2 multi-layer long pass filter integrated GaN LED. It is considered as the potential source for imaging systems. Experimental results indicate that the GaN LED shows blue emission peaked at 470.3 nm and can be used to excite dye materials. Integrating with a long pass filter (550 nm), the light source can be used to establish a real-time fluorescence detection for dyes that emit light above 550 nm. More interestingly, with this source, a real-time imaging system with signature words written with the dyes, such as ‘N J U P T’, can be converted into CCD images. This work may lead to a new strategy for integrating light sources and BS mirrors to build mini and smart fluorescence imaging systems.

水下无线光通信具有的高带宽、低时延等特点，已成为水下通信的可行选择。系统发送端光源由6只绿光发光二极管(LED)构成阵列，接收端由3只光电倍增管(PMT)构成阵列，形成了6×3的多输入多输出(MIMO)传输方式。在室内10 m水槽水下信道下，实现了1 Mbps的信息传输速率。通过MATLAB软件对接收平面光功率分布仿真，最大值为−35.8 dBm。此外，测试了PMT阳极输出电压波形，并推导出阴极电流波形。理论计算得出信噪比为19.4 dB，理论误码率约为1.1×10⁻⁵。所选PMT模块理论上最小接收功率可低至1.5×10⁻⁹ W，体现出极高的探测灵敏度。最后，通过蒙特卡洛(Monte Carlo)数字仿真说明，在信噪比25 dB可达到约35 bit·s^-1·Hz^-1的信道容量。

为提升硅衬底氮化镓基LED（发光二极管）器件的光电性能和出光效率，本文提出了一种利用背后工艺实现的悬空薄膜蓝光LED器件。结合光刻工艺、深反应离子刻蚀和电感耦合等离子体反应离子刻蚀的背后工艺，制备了发光区域和大部分正负电极区域的硅衬底完全掏空，并减薄大部分氮化镓外延层的悬空薄膜LED器件。对悬空薄膜LED器件进行三维形貌表征，发现LED悬空薄膜表面平坦，变形程度小，证明背后工艺很好地解决了氮化镓外延层和硅衬底之间由于应力释放造成的薄膜变形问题。表征了LED器件的电流电压曲线和电致发光光谱等光电特性，对不同结构、不同发光区域尺寸的LED器件进行对比，发现悬空薄膜LED器件的光电性能和出光效率比普通LED器件更优越，且发光区尺寸变化对LED器件性能的影响更明显。在15 V驱动电压下，与普通LED器件相比，发光区直径为80 μm的悬空LED器件的电流从4.3 mA提升至23.9 mA。在3 mA电流的驱动下，峰值光强提升了约5倍，而发光区直径为120 μm的悬空器件与发光区直径为80 μm的悬空器件相比，出光效率提升更为明显。本研究为发展高性能悬空氮化物薄膜LED器件提供了更多可能性。

为了便于导出LED有源层的出射光，本文研究了亚微米厚度LED悬空薄膜的工艺实现、形貌表征和光学性能表征。采用光刻工艺、深反应离子刻蚀技术和快速原子束刻蚀技术相结合的背后工艺，实现了基于硅基氮化镓晶圆的超薄氮化镓基LED悬空薄膜器件。本文利用白光干涉仪观察制备的超薄LED悬空薄膜的变形程度，发现薄膜变形大小与薄膜直径呈正相关，而与薄膜厚度呈负相关。薄膜变形大小低至纳米级，并且为中央凸起边缘平滑的拱形变形。通过反射谱测试发现未经加工的硅基氮化镓晶圆的反射模式数较多，而LED悬空薄膜的反射模式数大幅度减少，且反射谱整体光强明显提高。在光致发光测试中，发现由于应力释放，悬空薄膜的出射光峰值较硅基氮化镓晶圆出现了8.2 nm的蓝移，并且从背面也可以探测到移除了大部分外延层的超薄LED悬空薄膜有明显的出射光。这表明悬空薄膜在光致发光情况下更有利于导出发射光。本研究工作实现了厚度小、面积大、总体变形程度小、光学性能优良的LED悬空薄膜，为氮化镓基LED器件在光微机电领域的应用开辟了新的途径。