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压电电子学和压电光电子学经过十几年的发展，已经在传感器、人与硅基技术的交互界面、微机电系统等领域得到广泛应用。由于Ⅲ族氮化物具有宽的直接带隙范围，高电子迁移率，高热稳定性和许多其他优异的性能，因此它作为新一代半导体材料备受关注，具有非常广阔的应用前景。本文基于Ⅲ-氮化物材料的特性，利用各种微纳加工工艺制备了GaN基器件，结合材料表征、电学测试系统、光学测试系统、应力表征技术等对器件性能进行研究，实现了压电效应在氮化镓基电力电子器件、LED、太阳能电池器件中的应用。根据量子力学中的微扰理论，进一步解释了外应力产生的极化电场与晶格失配内应力产生的极化电场相互作用的机制。主要的研究内容和结论如下: 一、压电电子学效应调制AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 采用MOCVD外延工艺和TOP-DOWN微纳加工工艺，制作了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，并从实验上和理论上证明了压电电子学效应对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的调制作用。栅极电压为-1V时，在15N外加压力下，饱和电流增加约21％。通过一维薛定谔方程和泊松方程的自洽数值计算模型证明，这种饱和电流的增加是由于压应力作用下异质结界面处产生了压电电荷，进而导致2DEG密度的增加。将经过压电效应调制的二维电子气密度放入经典器件方程中，计算得到的源漏极电流曲线与实验结果吻合较好。这项研究很好地揭示了压电极化效应与2DEG起源之间的因果关系。 二、压电光电子学在LED可见光通讯中的应用 我们设计了一种基于双波长InGaN/GaN MQW纳米柱结构的压电光电子学效应调制的可见光通讯系统。将不同施加力下的光致发光(PL)强度输出定义为逻辑电平，实现数据的实时传输。与传统的可见光通信相比，应力编码技术的双通道模式在优势在于误码自甄别/消除，能够同时实现多通道信息的准确传输，保证了传递信息的准确性。此外，来自InGaN/GaN纳米柱的双波长发射有效地消除了源自干涉光的干扰，同时降低了系统的误码率。 三、压电光电子学效应增强InGaN/GaN多量子阱太阳电池 我们提出了压电光电子学效应增强的InGaN/GaN MQWs太阳能电池，通过拉曼光谱分析得出了施加在样品内部的应变的实际值，并展示了InGaN/GaN多量子阱(MQWs)太阳能电池的短路电流密度和转换效率在外部应力调制下的变化。在0.134％的外部应力作用下，太阳电池的短路电流从1.05mA/cm2增加到1.17mA/cm2，最大转换效率由1.12％提高到1.24％。外部应力引起的压电极化部分补偿了材料本身的极化，使得电子-空穴波函数重叠增加，量子阱对光子的吸收增加，进而增加太阳电池转换效率。并依据压电光电子学基本理论，结合光伏测试技术、应力表征技术，定量验证了该物理机制。