偏振紫外发光与探测在紫外偏振曝光、宇宙背景辐射探测、大气分析等特种应用领域有着重要的应用价值。非极性a面ZnO材料,一方面因高的激子束缚能（60 meV）和宽的直接带隙（3.37 eV）适合制备紫外波段光电器件;另一方面因天然具有偏振光学各向异性适合制备对偏振敏感的光电器件。能同时发光和探测的双功能器件因结构更为简单和集成度高在多功能器件领域具有重要的应用前景。难以制备稳定可靠的p-ZnO使得p-（Al）GaN经常用作ZnO基发光二极管和探测器件的空穴注入层。为制备基于非极性a面ZnO材料的偏振发光、探测双功能器件,需研究解决高质量非极性a面p-AlGaN及n-ZnO材料制备困难;衬底/模板材料施加的应力对材料偏振光学性质影响规律;GaN/ZnO材料体系中为实现ZnO主导发光需引入异质插入层导致ZnO材料晶体质量恶化;发光和探测属于相反的光电转化过程,难以实现单片集成等诸多问题。本论文以非极性a面p-AlGaN/n-ZnO材料外延生长为基础,以实现光发射和光接收双功能器件模型为目标,利用优化的非极性面AlGaN和ZnO外延生长工艺改善表面形貌提高晶体质量;借助晶格失配的模板材料对ZnO施加不同面内应力以探索其光学各向异性调控规律;通过引入AlGaN电子阻挡层降低电子迁移率,增大ZnO区电子空穴波函数的空间重叠率;结合Crosslight软件模拟设计并实现基于隧穿效应和碰撞电离机制的反向发光LED,最终制备出可同时发光和探测的双工通信光电器件。本论文主要研究内容包括模板对上层ZnO材料光学各向异性的应力调控规律、基于p-AlGaN的ZnO异质结LED芯片制备、i-ZnO增强LED器件发光的微观机理研究和反向电压驱动下异质结LED的发光与探测机理。具体总结为以下三方面研究内容:（1）研究了非极性a面AlGaN材料的外延生长温度条件,并对其p型掺杂进行了研究。在其基础上异质外延了a-ZnO薄膜。通过材料表征、偏振光致荧光光谱、偏振拉曼光谱的表征,研究了其面内光学各向异性的调控规律。进一步研究了模板应力对MgxZn1-xO薄膜光学各向异性的调控规律以及MgZnO插入层对n-ZnO材料光学各向异性的影响;（2）对非极性a面p-AlGaN/n-ZnO异质结紫外LED的光电特性进行了研究分析,阐明了其反向发光机理及模板质量对器件最终性能的影响。另一方面,借助离轴电子全息技术,从微观电势层面对p-AlGaN/i-ZnO/n-ZnO异质结LED的发光增强机制进行了解释;（3）在Crosslight模拟仿真的基础上,设计并制备了同时具有发光和探测两个功能的双功能器件。对其反向发光和探测特性及机理进行了详细表征分析,并通过Crosslight模拟计算验证了其反向隧穿碰撞电离机制。最后,设计了一套基于光的信息发送、接收双工通信系统,并通过网页前端技术制作了仿真功能演示原型。以上研究内容的创新点体现在:（1）对基于可作为p型材料的GaN和AlGaN模板异质外延生长的非极性ZnO材料PL的偏振度进行了测量,揭示了a-GaN表面存在的明显周期性波动施加给ZnO的面内应力对光学各向异性的影响规律。进一步提出了非极性面半导体材料晶体质量的各向异性概念以定量地评估晶体质量面内各向异性与光学各向异性之间的关系。（2）制备了非极性a面p-AlGaN/n-ZnO异质结LED芯片器件,且观察到了反向偏压下该器件的隧穿碰撞电离发光。针对i-ZnO插入层对器件性能的增强,从微观层面,借助光谱表征、微观结构表征、静电势分布测试揭示了背后的增强机理。（3）制备出基于非极性a面ZnO材料的偏振发光、探测双功能器件。就器件结构而言,生长在透明蓝宝石衬底上的非极性a面p-（Al）GaN/i-ZnO/n-ZnO异质结器件尚未被报道过。