本文的主要工作是对两种新型半导体器件结构的设计、计算模拟和分析。这两种器件分别是应用于GaN基发光二极管(Light emitting diode，LED)的Al<,X>Ga<,1-X>N/GaN调谐布拉分布反射镜(Tuned distributed Bragg reflectors，TDBRs)和单环有源的双环耦合硅基微环共振腔(Active-passive coupled-double-microring silicon resonator)。它们均涉及到Ⅲ-Ⅴ族材料与Si材料的集成。 为了提高传统分布布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector，DBR)的全方向反射率，从而改善其提高硅衬底GaN基LED出光效率的能力，我们提出了TDBR。它是以获得最大的全方向反射率为目的，对传统的DBR的各层厚度进行优化得到的。我们通过混合模拟退火遗传算法计算得到了20.5对Si衬底Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN-TDBR的各层厚度。通过分析我们获得以下结论：1、对于确定的层数，相对于传统的DBR，TDBR在垂直方向上的反射率较低，但却拥有更高的全方向反射率；2、Al<,x>Ga<1-x>N材料中Al的含量越高，Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN-TDBR对DBR全方向反射率的改善效果越明显；3、DBR的反射谱中，全方向反射率的最大值偏离了设计的中心波长，而TDBR的全方向反射率的最大值则被调谐到了中心波长。 传输损耗和共振波长漂移是微环共振腔面临的两个主要问题。通过求解波导传输方程和FDTD模拟，我们研究了微环共振腔的传输特性。分析结果表明了损耗/增益与环腔相位分离调制的必要性。为此，我们提出了一种新型的单环有源的双环耦合硅基微环共振腔。它由Ⅲ-Ⅴ族有源微环波导和p-i-n型SOI微环波导垂直耦合构成。双环之间的耦合反射系数在理想情况下趋于0，这样两个微环在功能上共同构成一个共振腔。在两个微环上分别加上控制电信号，可以对损耗和相移进行独立调制，从而实现高消光比条件下的精确波长校准。我们分析了双环耦合共振腔的传输特性，并通过一个光开关的示例说明了单环有源的双环耦合共振腔的调谐功能。分析表明：采用单环有源的双环耦合共振腔，可以分别通过mA量级和μA量级的电流对损耗/增益和环腔相位进行有效的调谐，从而实现共振波长的精确校准和较为理想的频谱特性。