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Al x Iny Ga1-x-y N四元化合物半导体材料，通过调节Al和In的组分不但可以实现禁带宽度和晶格常数的独立调节，还可以与GaN缓冲层的热外延系数相匹配，更兼具AlxGa1-xN材料的禁带宽度大和InxGa1-xN材料对位错不敏感，发光效率高等优点，从而使 AlxInyGa1-x-yN半导体薄膜成为高效发光二极管的研究热点并广泛受到关注。本文主要针对AlxInyGa1-x-yN四元化合物半导体材料研究的热点问题，利用MOVPE技术通过调节金属Al束流和生长温度，生长禁带宽度大，高晶体质量的AlxInyGa1-x-yN四元化合物，并通过调节生长参数成功制备了与GaN缓冲层晶格匹配的Al x Iny Ga1-x-y N材料，在此基础上对AlxInyGa1-x-yN四元化合物的相分离、发光机制、电-声子耦合进行了研究，制备了Al x Iny Ga1-x-y N基MSM紫外探测器。本论文的具体研究内容如下： 在c轴蓝宝石衬底上利用MOVPE设备，通过调节金属Al束流生长了不同禁带宽度的高质量的AlxInyGa1-x-yN四元化合物半导体，并且在只调节金属Al束流的情况下，成功生长了与GaN缓冲层晶格匹配的Al x Iny Ga1-x-y N。通过光学、电学等一系列表征手段研究了金属Al束流对AlxInyGa1-x-yN四元化合物薄膜光电性质的影响。内量子效率测试结果表明，AlxInyGa1-x-yN四元化合物的内量子效率高于In组分近似的In x Ga1-x N的内量子效率，也高于GaN缓冲层的内量子效率。 在调节金属Al束流生长AlxInyGa1-x-yN的基础上，将生长温度从850oC下降到830 oC，生长了AlxInyGa1-x-yN四元化合物半导体。通过光学、电学等一系列表征手段研究了生长温度对AlxInyGa1-x-yN四元化合物薄膜光电性质的影响。降低生长温度后，样品的带边发光峰强度明显提高，但是材料的晶体质量下降并且表面粗糙度上升，这是由于Al原子的迁移率低、表面粘附系数高，较低的生长温度使其不能到达晶格中适当位置而在表面形成岛状生长。 对生长的不同Al组分的AlxInyGa1-x-yN四元化合物材料的相分离进行了研究。在一定组分下，Al在Al x Iny Ga1-x-y N四元化合物中起到相分离“催化剂”的作用，在 Al组分低于14％时，材料中没有发生明显的相分离现象，在 Al为18%时相分离现象明显，XRD测试表明材料中存在富In区和富Al区。 对所生长的不同Al组分的AlxInyGa1-x-yN四元化合物材料的发光机制进行了研究，并分析了Al原子的注入对发光机制的影响。光致发光谱测试结果表明：在一定组分下，我们所生长的AlxInyGa1-x-yN四元化合物的发光强度随禁带宽度的增大而增强，即我们获得了禁带宽度大，发光强度高的AlxInyGa1-x-yN四元化合物材料。变温发光谱表明 AlxInyGa1-x-yN四元化合物带边发光峰位随温度变化呈现“S”型，说明样品中存在载流子局域机制。结合相分离分析表明：由于AlN、InN晶格常数和键能差距很大，在Al x Iny Ga1-x-y N中只有在Al或In组分很小的时候材料中才存在固熔区。一定组分下，AlxInyGa1-x-yN四元化合物材料随 Al组分的升高，材料中组分不均匀，相分离的趋势增强。由此形成富 In的In纳米簇，并造成材料能带变化，在势能最低处形成局域能级，局域能级将激子束缚住，从而避免了位错等非辐射中心的捕获，并且提高相邻激子波函数的重叠几率，激子波函数重叠几率的提高意味着辐射复合几率的提高，因此材料对于位错不敏感，在禁带宽度增大，位错密度提高后，材料仍有很高的发光强度。拉曼测试结果验证了以上结论，拉曼散射谱中存在In纳米簇声子峰，并且In纳米簇的声子峰强度随Al组分的升高而增强。 对所生长的AlxInyGa1-x-yN四元化合物材料中电-声子之间相互作用进行了研究，并对所生长的InxGa1-xN和AlxInyGa1-x-yN材料声子发光峰的黄昆方程进行了计算，分别求出了In0.03 Ga0.97 N和Al0.15 In0.03 Ga0.82 N的黄昆因子。计算结果表明：Al0.15 In0.03 Ga0.82 N的黄昆因子大于相同In组分In0.03 Ga0.97 N的黄昆因子，并且这两种材料的黄昆因子也都大于非掺GaN体材料的黄昆因子。这种情况说明，GaN，InxGa1-xN， AlxInyGa1-x-yN三种材料中，随材料体内无序程度的加剧，除了受激载流子的局域作用加强之外，声子的局域振动也加强，这将导致电-声子之间的作用逐渐加强，这种现象体现在光致发光谱中主要是发光峰向短波长方向扩展（声子伴线的出现），以及0级声子峰和声子伴线发光强度增强。 在 Al0.40 In0.02 Ga0.58 N外延膜上通过标准光刻工艺，制备了Al0.40In0.02Ga0.58N金属-半导体-金属（MSM）结构紫外探测器。并对探测器的暗电流和光谱响应特性进行了深入分析。I-V测量表明器件展现明显的肖特基二极管特性，势垒高度为0.98 eV。在10 V偏压下探测器的截止波长为310 nm峰值响应为0.065 A/W。并且在10 V偏压下，探测器的可见-紫外比（R295 nm/R450 nm）接近两个数量级。探测器在360 nm处的响应来源于GaN，这表明探测器在紫外波段可作为双波段探测器。