在Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中,锑化铟(InSb)基化合物半导体材料具有最高的常温载流子迁移率和最小的带隙,在电场作用下具有优异的电子输运性能,因此是制作波长在3～5 Mm范围的红外探测器和成像系统的重要材料。氮化铟铝(InAlN)是一种直接带隙材料,其禁带宽度从0.7eV(InN)到6.2 eV(AlN)连续可调,涵盖从红外(IR)到紫外(UV)的宽光谱范围,这使其满足全光谱的光电器件制作的需求。而近年来,对InAlN/GaN基的迁移率晶体管的研究及应用也受到人们的广泛关注。本文讨论的InSb/GaAs和InAlN/GaN异质结构在未来的半导体光电子、微电子结构、高温和大功率等器件的设计和制作都具有非常重要的研究价值。为了进一步改善InSb和InAlN薄膜的晶体质量,促进半导体材料的工业生产,了解这类材料随温度变化的光学性质、晶体结构的内部信息、应力分布等变得尤为重要。基于这些因素,本论文对InSb/GaAs材料进行了多光谱技术表征与分析,对InAlN/GaN材料进行了变温椭圆偏振光谱分析。本文首先介绍和阐述InSb和InAlN材料的基本性质及其研究现状和存在的问题,然后介绍材料的非破坏性表征技术-椭圆偏振光谱、X射线吸收精细结构光谱和拉曼散射光谱的基本原理及其数据分析。在此基础上,通过多种表征技术对所研究的半导体材料的实验结果进行表征和分析,以获得材料的光学特性和微观结构信息。论文的主要研究内容如下:(1)利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)对在GaAs衬底上以不同Ⅴ/Ⅲ比率生长的InSb薄膜样品在光谱范围为200～1680 nm(0.74～6.2 eV)、温度变化范围为25～300℃的条件下进行椭圆偏振光谱测量,通过利用Tauc-Lorentz振子模型对实验数据进行处理分析,得到InSb薄膜在此光谱范围和温度范围的光学常数和薄膜厚度;对InSb薄膜的介电函数作二阶导数进行分析,可以得到准确的吸收峰位置的温度特性。研究表明,在25～300°C范围内,随着温度的升高,InSb的吸收峰往长波方向移动,并且,当温度高于250 °C时光谱发生明显的变化,这是在高温条件下的不可逆氧化造成的。由此说明,InSb/GaAs材料受到一定的温度限制,这一特性对研究材料的能带结构具有一定的参考价值。(2)通过同步辐射实验来研究InSb薄膜中In的K边的X射线吸收精细结构光谱,并利用Ifeffit软件对光谱进行处理分析,进而从EXAFS的R空间的拟合中得到In-Sb的配位数和键长。研究表明,不同的Ⅴ/Ⅲ比率对In-Sb键长的影响不大。而将拟合结果与理论模型相比较,得到最佳的Ⅴ-Ⅲ比率为 4.78。(3)采用激发波长为514 nm的拉曼散射光谱研究Ⅴ/Ⅲ比率对InSb薄膜的晶体质量的影响。通过对TO-LO光谱区域进行洛伦兹拟合获得声子频率、半峰宽和TO与LO模的峰面积比;对InSb薄膜扫描了角度(2θ)范围为55°～69°的XRD光谱,对InSb(400)峰进行洛伦兹拟合得到FWHM。综合拉曼和XRD的结果可知,Ⅴ/Ⅲ = 4.78为质量比较好的InSb薄膜样品的生长参数。这些结果可以为生长样品者提供参考,同时也为设计高性能InSb红外光学薄膜器件提供有用信息。(4)为了研究InAlN材料的光学参数随温度的变化特性,采用变温(25～600℃)椭圆偏振光谱测量技术对InAlN合金材料在193～1650 nm宽光谱范围内进行了表征。利用Tauc-Lorentz振子模型描述和拟合变温椭偏光谱测量数据,得到了 InAlN薄膜的光学常数(m、k和α)随温度的变化曲线。结果表明,由变化曲线可见,在50～600℃的范围内,光学带隙从4.56 eV减小到4.35 eV,折射率峰值对应的能量则从4.61 eV减小到4.37 eV。两者都随温度升高而减小的变化规律符合Varshni方程的预期。此外,在所设定的测试温度范围内,测到的光谱和光学参数没有发生突变,说明InAlN合金材料具有高的热稳定性,并未发生影响材料光学性能的晶体结构变化。