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作为宽禁带直接带隙半导体,GaN和ZnO在蓝光发光二极管、紫外半导体激光器、半导体照明等光电子器件领域有着广泛的研究与应用。尽管GaN及其相关的Ⅲ族-氮化物光电器件已经实现了产业化,但仍存在一些尚未完全解决的基础科学问题,如紫外光（UVL）带、蓝光（BL）带和黄光（YL）带的起源问题长期悬而未决。ZnO具有和GaN类似的光电子领域应用,但其激子束缚能更大（～60 meV）,且可以通过相对简单的生长技术获得高质量的体单晶材料,可以使ZnO基光电器件的制造成本更低。然而,稳定的p型掺杂问题一直是制约ZnO光电器件产业化的瓶颈,可能与对ZnO中的一些缺陷的认识不足有关,如ZnO的绿光（GL）带、YL带和红光（RL）带的起源。传统观点认为,半导体荧光主要与体内的激子复合和缺陷有关,很少关注表面状态对半导体荧光发射的影响。例如,在激子荧光的动力学演化研究中,人们往往忽略激子表面复合的影响,从而导致一些拟合的参数缺乏明确的物理意义。本论文通过表面钝化方法阻止激子表面复合和相关的荧光过程的发生,进而利用荧光光谱、激发光谱和时间分辨光谱系统研究了激子扩散和表面复合对GaN和ZnO荧光光谱的影响。本论文的研究内容和主要结果如下:（1）激子扩散和表面复合对GaN与ZnO激子荧光的影响:利用等离子体增强化学气相沉积的SiOxNy和磁控溅射沉积的SiOx薄膜对H3P04腐蚀前后的GaN和水热法生长的ZnO进行了表面钝化处理,研究了表面钝化后激子荧光随温度的变化,并建立了基于激子扩散和表面复合的激子荧光理论,系统分析了 ZnO激子荧光的动力学演化行为。研究结果表明,表面钝化可以使刻蚀前后GaN的室温紫外和可见荧光强度均增加10倍以上,而且导致低温下束缚激子（D0X）和自由激子（FXA）荧光发生强度反转,进而证明了激子表面复合严重影响着未钝化GaN样品的激子荧光过程。类似地,表面钝化后ZnO单晶的室温紫外荧光强度增强2-3个数量级,而可见荧光也增加十倍左右。此外,表面钝化后低温下ZnO的自由激子荧光相对强度明显降低。在考虑激子表面复合的边界条件下,通过求解稳态激发的激子扩散-复合的连续性方程,给出了块体材料激子荧光的积分强度的解析表达式,讨论了表面速率等于0和接近无穷大的极限条件下激子荧光随温度变化的动力学演化行为,并用于拟合表面钝化后ZnO样品的激子荧光随温度的变化,估算了室温下不同ZnO样品中的激子扩散系数和扩散长度,讨论了表面抛光、晶面取向和退火处理等因素对激子扩散的影响。（2）激子扩散和表面复合对GaN可见荧光的影响:利用SiOxNy和Si02薄膜对使用金属有机化学气相沉积法生长的非故意掺杂GaN薄膜及真空退火处理后的GaN薄膜样品进行了表面钝化,研究了表面钝化后GaN的可见荧光随温度的变化,并通过不同温度下的荧光激发光谱,分析了 UVL、BL和YL的激发特征和荧光光谱随激发光子能量的变化。研究结果表明,激子扩散和表面复合对非掺杂GaN的可见荧光光谱特征影响不大,但影响着荧光演化的动力学行为。室温下,GaN的荧光光谱以YL为主,表面钝化后YL荧光强度随温度的降低缓慢下降,与未钝化样品有所不同。随着温度的降低,表面钝化后GaN的BL在120-160 K和70 K以下出现了两个荧光饱和区,分别对应着BL1和BL2荧光带。在140 K以下,可以观察到UVL荧光带,分为UVL1和UVL2两部分。荧光激发光谱和特定能量光子激发的荧光光谱表明,BL2和YL分别在A、B激子的纵模和横模处出现共振激发,表明二者与GaN的激子极化激元有关,而UVL1主要与D0X有关,UVL2则可能源自一种电离施主束缚激子（D+X）激发跃迁。此外,探究了低温下BL2、YL和激子荧光在325 nm激光辐照下随时间变化的演化规律,利用所建立的速率方程拟合得到了 BL2、YL和激子荧光的粒子数衰变速率。（3）激子扩散和表面复合对ZnO可见荧光的影响:利用SiOxNy和SiO2薄膜对不同取向的ZnO单晶样品进行了表面钝化,研究了表面钝化后ZnO单晶的可见荧光随温度的变化,并通过荧光激发-发射的关联分析及时间分辨光谱,分析了 YL和GL的激发特征和可能的起源。研究结果表明,激子扩散和表面复合显著影响着ZnO单晶的可见荧光特征。当样品表面钝化后,所有的ZnO样品表现出一致的可见荧光光谱。室温下,ZnO的荧光光谱以中心波长～510 nm的GL为主,其荧光强度、峰型及荧光寿命不随温度降低发生明显改变。随着温度的降低,YL逐渐增强,中心波长向低能移动,但不存在未钝化样品的低温荧光饱和现象;在12 K时,YL是ZnO可见荧光的主要成分,表面钝化后中心波长红移至620 nm附近。低温下的可见荧光的激发-发射关联分析发现,GL主要与D0X能级以上的激发过程有关,并与D0X存在明显的共振激发现象;YL则与激子极化激元存在共振激发现象,并在D0能级之下达到激发最大,激发限截止在3.1 eV附近。在荧光光谱分析的基础上,进一步提出了 GL的束缚激子机制和YL的激子极化激元机制。此外,在激子共振激发下,观察到了一个新的RL精细结构（RL2）,并实验证明这一新结构不同于Fe3+的RL光谱（RL1）,而与ZnO的DX密切相关,且不能被能量低于DX的光子所激发。根据束缚在施主受主对（DAP）上的电子-空穴复合的荧光能量公式拟合发现,RL2可能源于VO-VZn对俘获的激子或电子-空穴对复合产生的荧光发射。