本论文应用Kane模型计算了在外加电场时半导体超晶格中单微带(one—miniband)模型的波函数。并利用此波函数分别计算了较低外电场下超晶格单个微带内电子与纵光学支(LO)声子的散射、电子与合金杂质的散射以及中等外电场下超晶格中两个微带之间Zener隧穿所造成的THz发射光谱的谱线展宽。进一步，应用双微带模型的波函数计算了从低电场到高电场条件下THz辐射强度曲线。此外，还应用半导体中电流连续性方程，载流子的漂移-扩散模型以及Poisson方程联立自洽地计算了半导体异质结势阱中光辐射-热离子制冷过程，得到了发光制冷热量随半导体掺杂浓度，势阱宽度以及半导体材料的变化关系，并设计出了理论上具有最佳制冷效果的半导体异质结结构参数。本工作的主要内容和结论为：　　 1、应用Kane模型计算了在外电场条件下半导体超晶格单微带模型的电子波函数。并利用此波函数计算了低外场下超晶格中单微带内电子与纵光学支声子散射以及电子与超晶格势垒中的合金杂质散射对THz发射光谱谱线展宽的影响。此外，在中等外场条件下应用含时微扰论的方法计算了超晶格中两个微带之间的Zener隧穿几率，而微带间Zener隧穿被证明与谱线展宽相对应。通过与实验测量结果相比较，笔者证明了在较低外场下超晶格中THz发射谱谱线展宽主要是由微带内的电子-声子散射以及电子与合金杂质之间的散射造成的，而两个微带之间的Zener隧穿则是中等外场下造成THz辐射谱谱线展宽的主要机制。　　 2、单带的Kane模型虽然可以很好的应用于低场下单个微带情况，但是却无法用来分析高场下超晶格中两个微带之间的耦合。在这里应用二重简并微扰论的方法首次提出了一套完整的、可以适用于从低场区到高场区的双微带波函数模型。应用这一模型我们计算得到了从低场区到高场区范围内都与实验值很好符合的THz辐射强度曲线。通过比较波函数随外电场的变化我们证明了在低场区THz辐射强度的增大及随后的下降是由于THz辐射频率ωB=eFd/h随外电场的增加与场致的波函数局域化之间竞争造成的，而THz辐射强度在中等外场以上的增大则是由于微带间Zener隧穿造成的场致波函数非局域化产生的，在高场下THz辐射强度随电场的振荡则是由于微带间共振Zener隧穿造成的。　　 3、基于半导体漂移-扩散模型的一维稳态载流子输运方程，利用Poisson方程以及电子和空穴的电流连续性方程自洽迭代计算了在外加偏压下半导体异质结势阱中的电势、载流子浓度，并在此基础上分析了半导体异质结势阱中的光辐射-热离子制冷过程。数值计算的结果不仅证实了前人关于半导体中光辐射-热离子制冷模型的可行性，同时分析了半导体中掺杂浓度，半导体异质结势阱宽度及数月，以及所选用的半导体材料对发光制冷效率的影响。此外，笔者还根据数值计算的结果设计出了一系列具有最佳理论制冷效率的、不同结构的半导体制冷体系。这一结果为今后半导体光辐射-热离子制冷的相关实验工作的展开提供了有益的参考。