随着信息化社会的迅速发展，人们对信息存储容量和传递速率的要求日益提高。光子作为信息传递的载体，通过与电子间的能量转换，能够很好地实现信息的传输和交换;而具有全新物理原理的量子器件，更能满足光电器件高度集成的发展需求。鉴于当前人们的社会需求正向环境保护、医疗卫生、军事监测、光电对抗等诸多领域扩散，亟待开发以量子能量转换为基础的半导体短波长、紫外及深紫外光电子器件。AlGaN材料作为Ⅲ族氮化物体系的成员之一，具有直接带隙可调范围广、结构稳定性好及临界击穿电压高等独特的优势，是制备紫外乃至深紫外量子能量转换光电子器件的材料基础。本论文针对AlGaN半导体光电子器件亟待解决的问题，围绕AlGaN材料展开新原理、新功能的量子结构及性能设计;在掌握材料结构和性能内在联系的基础上，实现高效可控的紫外量子能量转换光电器件。主要从理论设计、材料外延、结构表征、器件制备、机制探索方面展开研究，具体研究工作如下:　　首次提出了利用紫外LED侧向传播的TM波激发金属Al纳米薄层/半导体界面并产生量子化SPP，再经界面接触处SPP的电子、空穴对辐射复合，将能量转换回传播方向各异的光子，达到改变AlGaN紫外LED光传播方向的效果，提高了器件正面的光抽取效率。光致发光观测及计算的金属/半导体SPP光学色散特性表明，与沉积Al氧化纳米薄层及相同厚度的金属Ni、Ag纳米薄层的紫外LED比较，沉积了Al纳米薄层后紫外LED的出射光成倍地增强，得益于Al/GaN界面体系SPP量子能量的有效耦合光转换。当增大AlGaN量子结构组分，减短波长至282 nm时，正面出射光强更加显著。通过室温和低温的阴极荧光谱观测可知，金属Al纳米薄层对紫外LED的内量子效率并无任何影响。从根本上表明，利用量子化SPP与紫外光子间的能量转换，有利于克服紫外LED光发射的各向异性，改变紫外光子的传播方向。　　基于量子化SPP与TM波的耦合过程，首次提出了利用金属Al纳米点阵产生的LSP量子与紫外TE波、TM波进行更有效地耦合。运用电子束倾斜沉积技术，在基片上自下而上地形成颗粒尺寸、密度可调的金属Al纳米点阵，并将其应用到具有良好欧姆接触的紫外LED器件上，以考察电致发光变化。EL谱显示，LSP耦合的紫外LED出射光较先前SPP的更强;但器件正面观测的光谱与背面的有显著不同。正面收集的EL增强比，随波长减短而迅速增大，分别在波长268 nm、285 nm及350nm附近出现峰值;背面收集的EL增强比谱线较为对称，最高值出现在波长291 nm处，同时在350 nm-400 nm波段的EL增强显著。FDTD计算表明，包裹了3 nm厚Al2O3的Al纳米立方体的3个LSP共振模分别对应于实际观测的EL增强比出现的谱峰。综合考虑了TE波、TM波与Al纳米点阵耦合所形成的LSP后，当从正面收集紫外出射光时，LSP共振模Ⅰ上顶角场强最强，模Ⅱ和Ⅲ依次减弱，与实验观测到正面出射的EL增强比谱线完全吻合;当从器件的背面收集时，模Ⅱ同时耦合TE波和TM波的场强最强。进一步提高Al纳米点阵模Ⅱ波长与深紫外LED发光主波长的匹配度，优化深紫外LED的有源层背面出射光增强至沉积前的2.75倍。　　对于光转为电的能量转换过程来说，首次设计制备了吸收呈固有窄带特征，且可高效将深紫外光子转换成电子的基于量子态工程的深紫外光电探测器。运用第一性原理赝势法模拟构建叠层的二维量子结构，深入分析其电子结构和光吸收性质;并结合带边激子跃迁行为，从理论上预测了超短周期AlN/GaN超晶格结构的固有吸收窄带、可调控深紫外波长及电子隧穿输运特性。运用MOVPE技术辅以RSM、高分辨XRD及高分辨TEM等表征手段发现，所外延生长的超短周期AlN/GaN超晶格界面平整陡峭、周期性理想、晶体质量较高，甚至实现了薄至单个原子层的外延控制，解决了目前国际上利用MOVPE制备GaN单原子层的技术难题。进一步地，通过光刻、电子束蒸发及剥离等微加工工艺，制备了基于超短周期AlN/GaN超晶格的MSM光电探测器。器件表现出显著的窄带特征，半高宽最窄可至210meV;改变阱宽，可调控深紫外探测波长从230nm延伸至266nm;减薄垒厚，可有效增大光电流。40V偏压下，响应波长为240nm的探测器，其响应度为51mA/W，外量子效率可达26％。