三元化合物In_xGa_1-xAs作为第二代半导体材料的代表,以其优异的光学和电学性能成为当今重要的光电子和电子器件的基础材料之一。In_xGa_1-xAs材料自身的稳定性较好,容易控制制备均匀性性良好的大面积材料,具有较高的光吸收系数和电子迁移率,它可以由InAs和GaAs两种材料以任何配比形成,晶格常数及禁带宽度随In组分的变化而近似为线性变化,特别是与InP衬底晶格常数近于匹配的In_0.53Ga_0.47As材料己经表明它是应用于0.9-1.7μm近红外波段的首选的红外探测器材料之一。然而,近年来,随着空间成像（包括地球遥感、大气探测和环境监测等）及光谱学领域的发展,对高In组分In_xGa_1-xAs探测器件的需求不断增长,尤其是截止波长度为2.6μm左右（对应In组分为0.82）的In_0.82Ga_0.18As红外探测器件。由于高In组分In_0.82Ga_0.18As的晶格常数为0.5986 nm,无论是InP,还是GaAs很难满足与其晶格相匹配,在以这两种材料为衬底,外延生长过程中就会产生晶格失配,而晶格失配会使外延材料的位错密度增加,导致器件的性能降低;因此,如何制备高质量的In_xGa_1-xAs材料成为了技术的关键以及亟待解决的问题。目前最常用的方法是在外延层与衬底之间引入缓冲层来解决晶格失配问题,并取得了一定的成果,但是对于异质外延生长中的界面问题、失配位错的产生、缓冲层抑制位错的机理以及位错运动增殖情况缺少系统性研究。由此,本论文利用扫描电镜、原子力显微镜、DC-XRD以及拉曼光谱等表征技术,特别是利用高分辨透射电镜强大的分析功能,围绕In组分变化引起的异质生长材料晶格失配问题,通过对失配状态下In_xGa_1-xAs外延生长中界面处位错的分析,阐述位错的形成机制,明确位错在界面处、外延层中分布规律;通过缓冲层的引入研究了缓冲层对失配体系异质结构材料中位错的抑制机理;在GaAs基底构建了In_xGa_1-xAs缓冲层,最终,为获得高质量的异质外延生长材料提供理论依据和科学基础。本文的具体研究成果如下:第一,发现失配体系下界面处所产生的失配位错聚集区域,按一定长度排列,在相同失配度下,位错聚集区的长度为固定周期的整数倍,此周期与界面两端材料的晶格常数相关。计算出不同失配度下,界面处失配位错聚集区域的最小长度与对应晶胞数量,建立了界面无序度导致位错产生的模型。第二,在薄膜2D-3D模型的基础上,将位错运动与表面形貌结合到一起,建立了位错演化与表面形貌和薄膜质量的关系模型。我们认为失配位错的运动在外延层的表面得到释放,位错在外延层表面聚集,导致了外延层表面粗糙起伏,从表面的粗糙度中可以判断In_xGa_1-xAs外延层薄膜的质量。第三,在外延层与衬底之间引入缓冲层,讨论了缓冲层抑制位错产生演化机理,并通过所提出的界面无序度模型阐述了缓冲层作用机理。第四,我们采用高温高真空润湿性测试系统和挤压滴落方法进行润湿实验,明确了熔融金属In与GaAs基板之间的界面反应,并获得了熔融金属In与GaAs基板之间的润湿性。同时阐述了GaAs表面In_xGa_1-xAs形成机理。第五,提出了一种在GaAs衬底上构建In_xGa_1-xAs缓冲层的方法。并以这层纳米级的In_xGa_1-xAs薄膜为缓冲层,在其上生长In_xGa_1-xAs外延层,并得到了较好的In_xGa_1-xAs外延层。