GaN基宽禁带半导体材料是直接带隙半导体材料，复合效率高，且具有优异的物理、化学特性，其合金材料的禁带宽度可以从0.7 eV到6.2 eV连续可调，对应的光波长覆盖了红外-可见-紫外光范围，已被广泛应用于制作高效率半导体光电器件，特别是蓝绿光波段的发光器件。尽管GaN基发光器件，如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等，已经实现商业化并持续快速发展，但对于器件的核心组成部分—有源区的光学性质以及载流子动力学的研究还相对滞后。为了进一步优化有源区结构，提高器件发光效率，必须要详细透彻地分析载流子在有源区内的输运及复合过程。本论文围绕InGaN量子阱和InGaN量子点等低维材料的结构设计、光学性质测量、载流子输运模型等方面展开了深入细致的研究工作。同时，本论文采用InGaN量子点作为有源区，对GaN基垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)进行了结构设计、器件制备以及性能测试。主要研究内容包括以下几个方面:　　(1)有限差分法计算InGaN非对称耦合量子阱(Asymmetric Coupled QuantumWell，ACQW)中的能级与波函数分布:非对称耦合量子阱能够有效改善载流子在阱中的输运，提高载流子复合效率。通过求解薛定谔方程并结合边界收敛条件，同时考虑氮化物材料中显著的极化效应，得到了ACQW中不同阱宽的量子阱各能级及对应波函数的具体分布，计算结果与光调制反射实验得到的能级结构极度吻合，并以此作为理论依据来详细分析载流子在不同阱宽的量子阱中的跃迁、隧穿及复合过程。　　(2) InGaN非对称耦合量子阱的光学性质测试及载流子动力学分析:由于非对称耦合量子阱独特的结构，量子阱中载流子的分布和输运与普通量子阱存在很大的差异。我们通过低温变功率光致发光(PL)、光调制反射(PR)以及时间分辨PL实验，并建立载流子速率方程模型，详细地分析了不同激发功率下载流子在各阱中的隧穿及复合行为，发现当激发功率增大后阱中存在反常的反向隧穿效应使得中间阱的发光得到显著增强。　　(3)InGaN量子点的光学性质测试及载流子弛豫动力学分析:InGaN量子点由于在外延生长过程中有效地释放了应力，因此具有更好的晶体质量，并且允许更大的In组分，使得InGaN量子点在绿光及更长的波段具有更高的辐射复合效率。我们通过低温变功率PL、变温PL和时间分辨PL(TRPL)实验，并建立载流子强局域模型，详细分析了InGaN量子点中的量子限制斯塔克效应(QCSE)、载流子弛豫及复合过程以及强局域效应对量子点发光特性的影响，发现量子点深局域态中载流子辐射复合效率比浅局域态要高得多，当载流子浓度较大时，量子点的量子效率得到明显提高，这对制作GaN基激光器及其他大功率发光器件具有十分重要的意义。　　(4)电注入GaN基绿光VCSEL的结构设计、器件制作及测试分析:采用InGaN绿光量子点作为有源区，通过对外延层及插入层的设计使QD有源区置于光场波腹处以增加QD与光场的耦合效率，同时使ITO置于光场波节处以减小其对光的吸收损耗。通过电镀、低温金属键合和激光剥离等工艺，将器件转移到导热性能优异的Cu衬底上，制作了全介质膜垂直结构GaN基VCSEL并实现了室温连续激射。激射阈值电流只有0.52 mA，对应阈值电流密度为0.66 kA/cm2。同时，由于较宽的DBR高反带，我们在不同器件上获得了多个波长的激射行为，包括491.8nm，506.9 nm，541.1 nm及561.6 nm等波长，在1.2 mA电流下测得激光偏振度高达90％以上。其中561.6 nm波长为国际上报道的GaN基VCSEL的最长激射波长，其最大输出功率超过1 mW。