二维材料石墨烯是具有六边形点阵结构的平面薄膜，具有优异的光电性质，未来在光电子领域具有许多值得期待的的应用。常温下，石墨烯的载流子迁移率约为21000cm2/V·s，薄层电阻理想值为31Ω/sq，是硅半导体的100倍，对可见光具有高达97.5％的光透过率，被认为是透明导电薄膜的候选材料之一。在中红外到太赫兹段，石墨烯能支撑表面等离子体波的传播，可被用于制备光开光、调制器、滤波器等光电子器件。本文对石墨烯作为透明导电薄膜应用在GaN基LED中进行了详细的实验研究，并对石墨烯基表面等离子体器件进行了系统的理论研究。主要研究内容和成果如下:　　1、利用腐蚀基底的湿法转移方法成功将采用化学气相沉积法制备的石墨烯转移到300nm厚SiO2、GaN块材料、GaN纳米柱等衬底表面上，并用光学显微镜、紫外拉曼散射、原子力显微镜、扫描电子显微镜等表征手段对石墨烯样品的性质进行了研究。研究发现，制备的石墨烯样品能够与GaN块材料、GaN纳米柱等衬底紧密地接触，连续且分布均匀，几乎没有褶皱和断裂，为形成良好的电学接触提供可能;另一方面，悬空在GaN纳米柱表面的石墨烯存在张应变，传热能力减弱。GaN纳米柱与石墨烯薄膜的复合结构的制备为可折叠无机LED和第四章研究的石墨烯基等离子体器件的制备奠定了实验基础，同时扩展了石墨烯的表征手段。此外，根据石墨烯的能带结构，本文对石墨烯的拉曼光谱与其性质的关系进行了详细分析和阐述。　　2、通过对常规石墨烯电极LED的制备工艺、形貌、电学、光学等特性的研究，发现石墨烯能够成功地发挥电流扩展作用，使得空穴注入到LED的有源层以进行光发射。但是，由于功函数不匹配，石墨烯与p型GaN之间存在较高的空穴势垒，因而具有较大的接触电阻，阻碍空穴的注入。与ITO电极LED相比，常规石墨烯电极LED的开启电压大。由于NiOx具有较大的功函数和较高浓度的空穴，因此，本文提出了在石墨烯与p型GaN之间插入NiOx插层的改善方案。研究发现，通过在石墨烯与p型GaN插入一层NiOx插层，在较小的光透性损失下，石墨烯与p型GaN之间的空穴势垒降低，接触电阻减小，LED的电学性能被改善，积分EL强度提高了1.5倍，器件的整体性能可与ITO电极LED媲美。　　3、从最基本的物理原理开始，借助数学软件Mathematica，详细研究了石墨烯薄膜的电导率、光透过率和介电函数等光电性质，并从麦克斯韦方程组出发推导了石墨烯表面等离激元的色散关系，揭示了石墨烯等离子体器件的基本物理机制和特征，证实了石墨烯能够支撑TE模式和TM模式的表面等离子体波的传播。然后，借助模拟软件FDTD solutions对GaN纳米柱阵列与石墨烯薄膜的复合结构的光学性质进行了研究。研究发现，二维周期性纳米柱阵列能够补偿入射光波矢与石墨烯中等离子体波的波矢的不匹配，从而满足激发等离子波的条件;并且，通过调控二维周期性纳米柱阵列的周期与占空比以及石墨烯的费米能级能够对石墨烯薄膜中的表面等离激元进行调控，从而为石墨烯等离子体器件的制备奠定了理论基础。