针对太赫兹通信及成像等系统对高集成度射频收发链路的需求, 在自主研制的太赫兹肖特基二极管的基础上, 建立了器件的精确模型, 设计并制备出基于二极管的倍频/混频单片集成芯片, 解决了传统二极管装配难度大、一致性差的难题, 提高了器件的性能。成功研制出170 GHz、340 GHz倍频器和340 GHz混频器模块, 并且开发出集成化的340 GHz发射与接收链路。发射端一体化模块实现了342 GHz功率为22 mW的输出, 接收端一体化模块实现了330～350 GHz单边带变频损耗在10 dB上下。该模块的开发为未来太赫兹通信及成像技术的应用奠定基础。

提出了一种新的Si衬底上GaN微盘谐振腔的制备方式，避免了传统Si基GaN器件中晶体质量较差以及外延层较厚对器件性能的影响。本工作中GaN的外延生长使用蓝宝石衬底，随后将外延层转移至硅衬底上进行微盘谐振腔的制备。外延生长时靠近衬底侧的GaN富缺陷层可使用减薄抛光的方式去除，并且通过简单湿法刻蚀二氧化硅牺牲层即可实现GaN微盘与Si衬底之间的空气间隙结构。基于较好的晶体质量与低损耗的谐振腔，实现了高Q值的Si基GaN微盘谐振腔低阈值激射，阈值能量低至5.2 nJ/pulse，Q值最高为10 487。同时，器件具有较好的温度稳定特性，在100 ℃环境下也能维持低阈值激射，为大规模单片硅基光子集成提供了高性能的激光源。

垂直腔面发射激光器凭借阈值低、发散角小、调制速率高以及输出光束呈圆斑对称等特点，迅速成为当下半导体激光器的研究热点。氮化镓（GaN）材料是制造紫外到绿光波段光电子器件的理想材料，经过四十余年的研究，蓝光和绿光LED在照明、显示等领域得到广泛应用。技术含量更高的激光器件也已进入了应用的快车道，即将覆盖照明、通信、投影显示、光存储、医疗、微型原子钟及传感器等场景。铝镓氮（AlGaN）是GaN基半导体材料的重要代表之一，其禁带宽度可在3.4 eV（GaN）到6.2 eV（AlN）范围内连续可调，对应波长可覆盖200~365 nm波段，是制造从近紫外波段到深紫外波段紫外垂直腔面发射激光器的理想材料。而铝镓氮（AlGaN）垂直腔面发射激光器经过近20年来的发展，如今已成为半导体激光器的研究热点之一。首先回顾了GaN基垂直腔面发射激光器的发展历史，简要介绍了其在各个波段的主要应用场景；然后介绍蓝光、绿光及紫外垂直腔面发射激光器的研究进展；最后分析了光注入和电注入紫外垂直腔面发射激光器发展过程中的挑战和困难，并介绍了改进和优化的策略。