以GaN为代表的Ⅲ族氮化物半导体材料,近年来得到了快速发展。由于其具有传统半导体材料不具备的独特的光学和电学性能,如从0.7eV到6.2eV连续可调的宽的直接带隙、大的激子束缚能、高热导率等,GaN基半导体材料已成为制备光电子器件的首选材料。当前,随着理论和技术的快速发展,对GaN基半导体材料的研究与应用也转向了新的方向—材料及器件的纳米化。由于他们的光电性质因显著的量子效应会出现与块体材料不同的新的特点以及他们将在构筑纳米光电子器件的进程中充当非常重要的角色,GaN基纳米材料的研究越来越受到人们的关注,特别是GaN纳米柱结构作为一种新奇的纳米材料,成为当前GaN基纳米材料科学领域的前言和热点。本论文围绕GaN纳米柱的光学性质展开研究。首先运用室温变功率光致发光(PL)谱的方法,研究了GaN纳米柱和GaN薄膜(作为参考)的光致发光特性,然后进一步分析了在固定激发光功率下,GaN纳米柱和GaN薄膜的量子效率表现。得到的主要现象及结论如下：(1) GaN纳米柱和薄膜的光致发光谱中均有三个发光峰,分别是位于362nm左右的带边峰,位于434nm左右的蓝光带峰及位于550nm左右的黄光带峰。另外,两个样品的带边峰起源不同,这会导致在最高激发光功率时,相对于薄膜,纳米柱中参与带边辐射复合的载流子比例增大的程度稍微小于激发光功率0.5mW时。(2)在整个激发光功率范围内,GaN纳米柱的带边峰积分PL强度与蓝光带、黄光带积分PL强度的比均大于薄膜中相对应的值,这表明纳米柱的光学质量高于薄膜。(3)随激发光功率增加,纳米柱中参与带边辐射复合的载流子比例不断大于薄膜,相应的,参与蓝光带及黄光带辐射复合的载流子比例不断小于薄膜。这是由纳米柱中相对较小的点缺陷密度引起的,小的点缺陷密度促使光生载流子更易进行带边辐射复合,并且随激发光功率增加,该促进作用不断增强。同时,这也解释了随激发光功率增加,纳米柱的带边峰峰强由小于变为逐渐大于黄光带峰强,而薄膜的带边峰峰强始终小于黄光带峰强这一实验现象。(4)实验中发现,GaN纳米柱的带边峰强是薄膜的14倍,积分PL强度是薄膜的12.2倍,这表明GaN纳米柱具有比薄膜更高的内量子效率和光抽取效率。(5)建立了一种新模型,研究了GaN纳米柱和薄膜的内量子效率关系。计算结果表明GaN纳米柱的内量子效率比薄膜高2-3倍。同时,此模型也证明了传统测量内量子效率的方法是不适合本项研究中的纳米柱结构的。