半导体材料低维结构如半导体超晶格、量子阱、量子线、量子点、微腔、团簇、纳米结构具有很好的应用前景，这些结构中的超快光学性质研究是国际发展的重要前沿课题，其研究内容涵盖半导体中激发、弛豫、输运和复合等许多基本物理过程，大大推动了半导体基础学科的发展和器件应用。目前，这一学科的最新进展主要表现在两个方面：一是半导体新结构，新材料中的超快光学特性研究；二是半导体纳米结构中的自旋动力学特性研究。本论文主要以时间分辨光谱测量技术为手段，围绕这些新结构中的超快光学过程开展工作，详细研究了新型红外发光材料InGaAs/GaAs量子点链状结构(量子链)和有In1-xGaxAs应力缓冲层的InAs量子点结构以及InN薄膜结构中的超快光学过程。主要研究内容如下：　　 I.通过比较研究InGaAs/GaAs量子点链状结构和普通量子点结构稳态和瞬态光荧光谱，我们发现，量子链样品的荧光寿命有很强的探测能量依赖关系，而量子点的荧光寿命随着能量的变化较小；量子链的荧光寿命随着激发功率增加而迅速增加，高功率时趋于饱和，而量子点的荧光寿命随激发功率变化缓慢；此外，量子链的荧光上升时间也比量子点的小很多，大约是其上升时间的一半；同时发现，量子链的荧光衰退寿命随温度的升高而变大，正比于T1/2，有一维激子的特性，而量子点中，荧光衰退寿命基本不随温度的改变而改变。这些结果清楚表明，在量子链结构中，参与发光的载流子之间存在很强的耦合和输运，进一步分析表明，这种耦合发生在量子链方向。我们采用偏振荧光的方法进一步验证了这一观点。　　 Ⅱ.测量了一组含有InxGa1-xAs应力缓冲层的InAs量子点样品的稳态PL和时间分辨光谱，In的含量x分别为0、0.05、0.15。随着应力缓冲层中In组分的增加，量子点的发光峰开始红移，这主要是由于量子点受到的应力减小而引起的。同时，由于InxGa1-xAs应力缓冲层的存在量子点所受的应力得以缓解导致其尺寸变大，由于压电作用的存在使量子点中电子空穴波函数向不同方向扩展，从而交叠积分变小，使载流子的辐射复合寿命变的更长。　　 Ⅲ.实验研究了InN薄膜的稳态PL光谱和时间分辨光谱，发现其发光位置大约在0.78eV处。其稳态PL光谱的半高宽在温度T≤120K时，基本保持不变，表现出明显的局域态发光特征；荧光衰退寿命的温度关系研究表明，即使在低温下，非辐射复合也起很重要的作用。实验还发现，荧光寿命随激发功率的增加而减小，这是因为激发功率增加时，光生载流子相互散射增加，大量载流子被非辐射符合中心俘获，而不能参与复合发光，导致荧光衰退寿命变小。