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GaN及其化合物AlxGa1-xN，InxGa1-xN，AlxInyGa1-x-yN在光电器件及高温、高功率电子器件等方面有着广泛的应用。近年来，制备高效率的深紫外LED及太阳光盲探测器是Ⅲ族氮化物研究中的热点课题之一，而高质量的AlxInyGa1-x-yN四元合金及高质量高Al组分的AlxGa1-xN材料是基础，特别是高Al组分AlxGa1-xN材料是最近几年才兴起的前沿课题。
本论文工作以高Al组分的AlxGa1-xN材料表征为主要内容，利用拉曼光谱和阴极荧光谱研究了AlxGa1-xN材料的光学性质，分析了AlxGa1-xN材料的应力及应变状态。利用透射电子显微镜结合高分辨透射电子显微镜对AlxGa1-xN材料的微结构性质，位错的演化等方面进行了研究。具体工作如下：
1.通过测量拉曼光谱得到AlxGa1-xN外延薄膜的应力及应变状态。研究了不同周期厚度的GaN/Al0.3Ga0.7N超晶格插入层对于AlxGa1-xN外延薄膜的应力及应变状态的影响。通过拉曼光谱对生长在r面蓝宝石衬底上的非极性a面(11-20)GaN薄膜面内应力的各向异性进行了研究。结果发现，非极性a面GaN面内应力呈现较强的各向异性。我们还对不同TMIn流量的AIN薄膜和生长在AIN/蓝宝石上的AlxGa1-xN外延薄膜进行了应力应变分析。不同TMIn流量对AIN薄膜应力状态没有影响，AlN/AlGaN超晶格插入层改善了AlxGa1-xN外延薄膜的晶体质量，调解了AlxGa1-xN外延薄膜中的应变。
2.通过透射电子显微像的分析并结合X射线衍射计算的AlxGa1-xN外延薄膜缺陷密度，得到不同周期厚度的GaN/Al0.3Ga0.7N超晶格插入层对于AlxGa1-xN外延薄膜缺陷密度的影响。结果发现：随着GaN/Al0.3Ga0.7N超晶格插入层周期厚度的增大，AlxGa1-xN外延薄膜线位错密度逐渐降低，超晶格插入层阻挡缺陷作用更加明显，且GaN阱层在过滤位错上起主要作用。我们研究了GaN/Al0.3Ga0.7N超晶格插入层阻挡位错的机制：位错中断于AlxGa1-xN外延薄膜和超晶格的界面处或GaN/Al0.3Ga0.7N超晶格十个周期中间；位错可能穿过超晶格插入层转向90度，这样位错就不会继续在AlxGa1-xN外延层中延伸，从而有利于降低AlxGa1-xN外延层位错密度。我们对比分析了不同周期厚度的GaN/Al0.3Ga0.7N超晶格插入层AlxGa1-xN中的位错情况。研究发现对于应变驰豫度小的样品，AlxGa1-xN外延薄膜中位错发生弯曲并且有位错呈现阶梯状，而应变驰豫度大的样品位错线的方向基本上是沿生长方向的。我们分析认为是小的应变驰豫度，对应大的应变使位错发生弯曲，并且位错呈现阶梯状。
3.通过测量阴极射线荧光谱，结合拉曼光谱研究了组分对AlxGa1-xN材料的组分涨落的影响，得到不同Al组分材料的组分涨落的变化趋势。结果表明，随着Al组分的增大，AlxGa1-xN材料的组分涨落增大。