以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物材料具有优异的物理化学特性。它们形成的异质结在微电子和光电子领域有着重要的应用。极化效应对GaN基微电子器件和光电子器件都有重要影响。在本文，我们通过自洽求解薛定谔泊松方程的方法，研究了各种AlGaN/GaN基异质结构中极化效应对二维电子气特性的影响；同时研究了极化效应对InGaN/GaN量子阱电子空穴复合能量的影响；此外，我们还围绕Si衬底GaN材料的外延生长开展了研究工作，并对单芯片白光LED的结构进行了设计。主要研究结果如下：　　 1.通过分析AlGaN/GaN基异质结中的极化电场并利用自洽求解薛定谔泊松方程的方法，研究了AlGaN势垒层结构对二维电子气特性的影响;分析了AlGaN势垒层的临界厚度与Al组分的关系；并通过理论计算和实验分析研究了AlN插入层对AlGaN/GaN异质结电学特性的影响。　　 2.首次对AlyGa1-yN/AlxGa1-xN/AlN/GaN(y＜x)双势垒新型异质结构的电学特性进行了理论计算研究，分析了各势垒层中的极化电场。计算结果表明：当第二势垒层(AlyGa1-yN)的Al组分y大于临界组分yc时，沟道中的二维电子气面密度随着第二势垒层厚度的增加而增大；当第二势垒层中的Al组分小于临界组分yc时，二维电子气面密度随着第二势垒层厚度的增加而减小；当第二势垒层中的Al组分等于临界组分yc时，沟道中二维电子气面密度不随第二势垒层的厚度变化。　　 3.结合量子尺寸效应和极化效应，利用有限深势阱的微扰模型，研究了InGaN/GaN量子阱中的电子空穴复合能量与In组分和阱宽的关系。研究表明：在In组分高于一定比例或者量子阱宽度大于一定值时，量子阱中电子空穴的复合能量将小于InGaN体材料的禁带宽度。计算结果与文献报道的实验数据吻合得较好，为以后LED的结构设计打下了基础。　　 4.设计了新颖的δ Al/AlN缓冲层用于Si(111)衬底GaN材料的生长。实验结果表明：采用δ Al/AlN缓冲层后，外延层的表面裂纹密度减小，其GaN(0002)面和GaN(10-12)面衍射峰的双晶XRD摇摆曲线半高宽也减小，即晶体质量有所提高。　　 5.通过将InxGa1-xN/AlaInbGa1-a-bN(0.1＜x＜0.28)蓝光和InyGa1-yN/AlaInbGa1-a-bN(0.3＜x＜0.55)黄光量子阱生长在一起的方法，设计了一种新型的白光二极管结构。该结构已申请国家发明专利，并已经获得授权。在这种结构中，InxGa1-xN/AlaInbGa1-a-bN量子阱发出一定强度的蓝光，InyGa1-yN/AlaInbGa1-a-bN量子阱发出一定强度的黄光，蓝光和黄光混和后产生白光。通过这种结构，无需再使用荧光粉或复杂的多芯片封装技术，从而可降低LED的制作成本。