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随着平板电视、电子阅读器、智能手机、触摸屏等电子产品的普及，光电子器件在技术上日益成熟的同时，依然面临着尚未解决的核心难题。电极作为光电子器件结构中重要的组成部分，一直以来都是备受关注的研究领域，而传统电极已经出现了其在工艺和材料上的发展瓶颈，开发新的材料制作导电而又不挡光的透明电极成为了研究者们竞相追逐的目标。此外，衬底材料的不匹配导致的较差的外延层品质尚未找到理想的解决方法，因此人们在衬底上生长三维的半导体纳米柱结构以制作三维的光电子器件。本论文从石墨烯3D包裹的核壳结构Cu纳米丝、Cu@G纳米丝网络透明欧姆电极的LED、GaN纳米柱阵列的MOCVD自催化合成三个方面进行了研究，并取得了重要的进展: 一、实现了石墨烯3D包裹的核壳结构Cu纳米丝的制作。采用液相法合成出拥有超高长径比的Cu纳米丝并利用压印技术和真空退火技术制作了Cu纳米丝透明电极，其光电性能良好。接着通过调节生长温度气体流量以及采用液态苯环碳源等方法，研究了石墨烯在铜箔上的低温生长，在不同温度下(1000℃-400℃)成功地在Cu箔上生长出二维石墨烯。通过铜箔胶囊和石英磁力操纵杆装置，解决了Cu纳米丝在高温下的熔化问题，并成功将石墨烯碳膜直接以3D形态紧密地包裹于Cu纳米丝网络，形成一种复合性的核壳结构新材料。这种Cu@G纳米丝透明电极从深紫外到近红外（200～3000 nm）波段都具有平稳的高透光率，方块电阻达到33Ω/sq@95％，超过Cu纳米丝性能(51Ω/sq@93％)，追平传统ITO透明电极，并且在极端条件下仍然具有强抗氧化性和电学稳定性。这些都表明Cu@G纳米丝透明电极在未来的光电子器件中将发挥其潜在优势。 二、实现了Cu@G纳米丝网络透明欧姆电极的完整LED制作，并成功点亮芯片。首先，利用自主研制的真空抽滤系统和压印技术以及真空退火技术，成功获得晶片级(2")大面积的Cu@G纳米丝透明电极，并且实现了其在PET、硅胶等柔性衬底上的制作。继而，研究了Cu纳米丝和Cu@G纳米丝电极分别与GaN基n、p型导电层的欧姆接触特性，对APSYS理论模拟的结果分析后，发现，纳米丝与GaN之间呈现点接触模式，由于近似尖端放电遂穿效应的作用，更易于形成高浓度电流注入而实现欧姆接触。最后，利用光刻技术和压印技术完成了图形化Cu@G纳米丝透明电极的制作，并制成完整的LED芯片，其光电性能优良，发出明亮蓝光，具备较好的发光强度和透光性，证明了Cu@G纳米丝透明电极在实际光电子器件上的强大应用能力和开发潜力。 三、研究了GaN纳米柱阵列的自金属催化合成工艺和InN/GaN核壳结构纳米柱的生长技术。首先，研究了GaN纳米柱在MOCVD系统中连续生长模式、脉冲生长模式下的自金属催化合成方法，通过Ⅷ源交叠的方法和缩短脉冲生长方式的脉冲占空比，来提高Ga原子的迁移率，促进纳米柱的纵向生长以及抑制发生在衬底上的杂散成核现象，最终在蓝宝石衬底上成功生长出均匀的六方形态GaN纳米柱阵列，其拥有较好的晶体质量和光学特性，在紫外(330nm)和红光(650 nm)同时出现的两个尖锐的发光峰，为未来的双色发光、探测器件提供了新的材料基础。其次，利用第一性原理模拟方法研究了GaN纳米柱的非极性m面侧壁的InN壳层生长动力学机制。计算结果表明，InN需要克服很高的结合能阻碍才能在GaN纳米柱表面生长，在GaN侧壁引入In浸润层的方法能够有效降低结合能势垒，形成平整的In浸润层。此外在In浸润层氮化的过程，观察到有趣的N原子反常遂穿效应，N原子能够在无其他外力作用下制造薄弱位并遂穿过In浸润层形成InN壳层结构，最终形成稳定的InN/GaN核壳纳米柱。对于在纳米结构材料上沉积具有较大晶格不匹配的外延层或者具有较高结合能的异质结来说，该现象将提供一条特殊低能量通道，以获得复杂的异质核壳纳米结构。