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GaN基半导体器件的商业化使得当前对Ⅲ族氮化物的研究发展迅猛。由于带隙可以从6.2ev到0.7eV连续变化，所对应的波长覆盖了从近红外到紫外极为宽广的光谱范围，GaN基半导体材料已成为发展半导体光电子器件的优选材料，因此光电性质无疑是该材料体系研究的核心问题。当前，随着理论与技术的发展，对Ⅲ族氮化物光电性质的研究和应用正转向多元化和精细化。近年来，Ⅲ族氮化物光电性质与极化调控以及非磁性掺杂半导体自旋电子学的结合，产生了大量新颖的物理现象，带来了巨大潜在的应用价值，正成为Ⅲ族氮化物研究领域新的热点。
本论文围绕Ⅲ族氮化物的光电性质，主要针对InN中自旋轨道耦合的光学探测与GaN中平面内光学各向异性的调控两大问题，结合材料的生长测试，展开了研究与探索。得到的主要结论如下：
1.在InN薄膜的MOCVD生长中采用GaN缓冲层扭转外延层的晶格排布，克服了InN与蓝宝石衬底的大失配。通过InN成核生长的演化分析，揭示了低温GaN结合退火的缓冲层基础上InN外延薄膜的混合生长模式，并在优化的生长条件下获得了高质量的InN材料。
2.利用马赛克模型分析了InN薄膜中的位错，得到薄膜中刃型位错密度在1010cm-2量级，并随薄膜厚度的增加而减小。电学性质测量发现本征InN中存在1019cm-3量级的背景载流子，随薄膜厚度增加，背景载流子浓度呈指数下降，电子迁移率增强。结合位错密度变化的趋势，我们认为呈现施主特性氮空位是高浓度背景n型载流子的起源。观察到光致发光峰随温度的非单调变化，用局域态发光和能带收缩效应的共同作用进行了解释，拟合得到局域化能量在5meV附近，并发现较厚样品中由于缺陷态减少，载流子局域化效应被削弱。
3.首次在室温下观测到InN材料中由带间跃迁激发的圆偏振自旋光电流效应，证明InN材料中存在可观的自旋轨道劈裂。测得的光电流强度达到19.2nA/W，远大于其他氮化物材料，有利于以此作为工具进一步研究自旋轨道耦合性质。分别研究了自旋光电流与入射光光强、入射角度的关系，证明光电流强度正比于入射光光强及其在样品平面内的投影矢量。
4.利用正反入射对照，发现InN中所得的自旋光电流来自样品表面。对薄膜施加单轴张应变，自旋光电流单调增加。通过定量分析附加极化场对自旋光电流的影响，指出自旋光电流来自于InN表面的电荷积累层中的自旋轨道劈裂，并证明结构反演不对称(SIA)是引起自旋轨道耦合的主要原因，有利于以此实现对自旋的调控。利用旋转样品过程中测得的自旋光电流，验证了纤锌矿结构InN表面电荷积累层中自旋轨道劈裂面内各向同性。
5.在非极性面GaN基材料与LED器件中观测到明显的生长面内光学各向异性。利用k·p微扰理论进行分析，研究了光学跃迁过程中的偏振选择特性与晶格对称性的关系，证明了生长面自身的对称性破缺以及薄膜所受应变的各向异性都是产生材料光学性质面内各向异性的重要原因。通过施加各向异性应变，在传统的C面GaN材料中观察到了面内各向异性的光致发光，不但从实验上证明了以上基于k·p微扰理论分析的正确性，而且发现薄膜光学各向异性程度随应变量单调变化，验证了采用应变调制面内光学性质不对称程度的可行性。