氮化铝(AlN)是直接带隙半导体，禁带宽度为6.2eV，具有电子饱和漂移速度高、抗辐照能力强、热稳定性良好、热导率高、声波速率极高等独特的特性，在紫外光波段光电器件和高频大功率、高温电子器件、表面声波器件等方面倍受青睐。因此AlN是近年来半导体光电子、微电子学研发的热点之一。Si1-x-yGexCy/Si相对于Si1-xGex/Si而言，外延薄膜的应力得到补偿，而且Si1-x-yGexCy/Si结构势阱对电子和空穴都有很好的限制效果，大大提高了材料的光电性能。因此Si基Si1-x-yGexCy也被广泛研究。 本论文针对目前AlN和Si1-x-yGexCy材料和器件研究的问题，开展了四方面的研究：一是研究了Si基上AlN薄膜层的应变和压电极化性质；二是研究了Si基上生长的AlN的深能级；三是研究了Al2O3基上AlN/GaN、AlGaN/GaN异质结的应变和压电极化特性，以及以发展AlN/GaN、AlGaN/GaN异质结器件为背景，研究了快速退火对其压电极化的影响。四是研究了Si基上Si1-x-yGexCy薄膜的应变性质。 论文取得了系列有意义的新结果，主要结果如下： 1.采用Raman谱研究了MOCVD生长Si基AlN薄膜层的应变和压电极化。 结果表明在z轴方向和垂直于z轴方向上的应变分别高达εzz=6.7×10-3和εxx=εyy=-1.1×10-2，压电极化电荷高达1.91×10-2C/m2，相当于在在Si表面形成浓度为1.19×1013/cm2的电子积累。同时Raman谱的峰位处的细微结构表明，在MOCVD生长AlN过程中存在Si的扩散，界面处形成一个过渡层，其机制为以Si原子取代Al原子的位置，形成了Si-N键为主。 2.通过PL谱研究了MOCVD生长Si基上AlN的深陷阱中心。PL谱揭示MOCVD生长Si基上AlN存在三个深陷阱中心：Et1-Ev=2.61eV，Et2-Ev=3.1eV，和Et3-Ev=2.11eV。其中Et2，Et3是首次从实验上发现。深陷阱中心Et1-Ev=2.61eV是由于氮空位、氧杂质，共同在AlN禁带中形成；当AlN中Si浓度低于某个临界浓度时，Si主要以取代Al原子形成Si-N键，产生深陷阱中心Et2-Ev=3.1eV；当Si的浓度高于这个临界浓度时，部分Si取代N原子产生Al-Si键，形成深能级Et1-Ev=2.11eV。 3.通过Raman谱研究了Al2O3基上AlGaN/GaN和AlN/GaN异质结的应变和压电极化特性，以及快速退火对其应变和压电极化的影响。结果发现AlGaN和AlN薄膜应变层所产生的压电极化对AlGaN/GaN和AlN/GaN界面处的二维电子气浓度的影响是很大的，相当于在AlN/GaN的界面处产生1013/cm2以及在AlGaN/GaN界面1012/cm2数量级的电子积累。同时快速退火后样品的Raman谱表明：即使高达850℃快速退火也不会引起AlGaN和AlN薄膜应变层上应变的驰豫，而对AlGaN/GaN和AlN/GaN界面处的二维电子气浓度产生影响。 4.通过用Raman谱和AES能谱分析了用RTP/VLP-CVD方法生长在Si基上的SiGeC合金外延薄膜的应变。结果表明：用RTP/VLP-CVD方法生长的SiGeC合金中掺入的C呈间隙原子或替位原子的形式分布，其中大部分为间隙原子，少量为替位C原子，但是替位C原子的存在有效地调节了SiGeC合金层的应变；另外由于采用分解温度较高的乙烯做C源，生长温度较高也使SiGeC合金层的应变部分被驰豫。由于C的掺入，Si基上生长SiGeC合金的应变和相同Ge含量的SiGe合金相比较大大减小，临界厚度大大增加，有利于在Si衬底上生长出达到一定厚度的更高质量的Ⅳ族元素合金半导体材料。