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Ⅲ族氮化物InxGa1-xN合金为直接带隙半导体,其禁带宽度随着In组分变化从3.43eV(GaN)到0.63eV(InN)连续可调,波长范围覆盖了0.36μm-1.9μm,并且具有电子饱和迁移速度高和光学吸收系数大等特点,是制备高效率全光谱太阳能电池和白光照明器件的理想材料。由于缺少合适的衬底,InN和InxGa1-xN薄膜通常生长在蓝宝石或GaN模板上。本论文采用MBE方法,在蓝宝石衬底和GaN模板上生长了InN和全组分InxGa1-xN薄膜,研究了其生长行为,并采用了XRD、AFM、PL和Hall效应等多种测试表征手段研究了InN和InxGa1-x薄膜的性质。 本论文提出MBE边界温度控制法在蓝宝石衬底上生长高迁移率InN薄膜,在整个生长过程中InN生长温度被保持在最大温度,利用该方法实现了具有平整的表面形貌、优良的晶体质量和低杂质浓度的InN薄膜。采用此方法生长的5μm厚InN薄膜室温下背景电子浓度低至1.77×1017cm-3,电子迁移率高达3010cm2V-1S-1,是迄今报道的室温下电子迁移率最高的InN薄膜。另外,我们发现随着厚度的增加,InN薄膜晶体质量变好,(102)面X射线衍射半高宽显著降低,背景电子浓度降低,迁移率增大。Ensemble Monte Carlo模拟发现,在InN薄膜中电离杂质散射和位错散射是限制电子迁移率的主要因素。 本论文提出温度控制外延法在GaN/蓝宝石模板上生长InxGa1-xN薄膜,使各种组分InxGa1-xN在尽可能高的生长温度下生长以改善晶体质量。采用温度控制外延法制备了高质量的全组分InxGa1-xN薄膜,具有优良的晶体质量、表面形貌和光学性质,以及较低的背景电子浓度。通过XRD倒空间Mapping,确定了InxGa1-xN薄膜的组分和应变状态,发现在GaN模板上生长的InxGa1-xN薄膜晶格弛豫的临界厚度较大,特别是对于厚度小于200nm的低In组分InxGa1-xN,残余应力较大。实验发现低In组分InxGa1-xN薄膜表面电子耗尽,而高In组分InxGa1-xN薄膜表面电子堆积。对于非故意掺杂InxGa1-xN薄膜,表面电子耗尽到堆积的转变发生在In组分x～0.49。此外,本文首次同时考虑了残余应变和电子浓度对InxGa1-xN薄膜光学吸收边的影响,得到:InxGa1-xN能带弯曲系数值b=1.9±0.1eV,该数值能更准确地表示高质量无应变全组分InxGa1-xN带隙随组分变化的关系。