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AlxGa1-xN合金材料的禁带宽度可以在3.43eV～6.04eV之间连续可调，相应的带边辐射波长能够覆盖200～365nm的紫外波段，是实现该波段范围内紫外光电器件的理想材料。基于AlGaN材料的深紫外激光器在高密度存储、紫外精密光刻、非视距保密通讯和生物传感等领域市场潜力巨大，在国际上引起了广泛的研究兴趣。本论文以实现基于AlGaN材料的深紫外激光器以及降低深紫外激射阈值为目标，在材料生长与表征分析、器件制作与性能测试等方面进行了细致深入地研究。另外，在Al(Ga)N纳米柱材料和半极性面Al(Ga)N材料方面进行了探索研究。主要研究内容如下: 1.通过优化低温AlN成核层的生长时间，研究了AlN成核层的表面形貌对高温AlN外延层的晶体质量、表面形貌和应力的影响。优化后的AlN外延层的(0002)和(10(1)2)面XRD FWHM分别为42和530arcsec，5×5μm2的AFM表面粗糙度为0.149nm;通过改变高温AlN的生长温度，研究了生长温度对AlN外延层材料质量的影响。在1250℃的生长温度下获得的AlN材料的(0002)和(10(1)2)面XRD FWHM分别为43和455arcsec，2×2μm2的表面粗糙度为0.117nm。 2.采用高质量的物理气相输运法制备的AlN单晶为衬底进行了AlN材料同质外延生长，获得的AlN同质外延材料的(0002)和(10(1)2)面XRD FWHM分别为48和20arcsec。在此高质量AlN模板层上获得的n型Al0.55Ga0.45N材料的(0002)和(10(1)2)面XRD FWHM分别为219和122arcsec。 3.在微米沟槽型AlN/sapphire模板上采用两步法侧向外延AlN材料，即侧向外延初期采用低Ⅴ/Ⅲ比380，获取较大的横向生长速率，加快AlN的合并过程，进而抑制沟槽中的寄生反应;侧向外延后期采用高Ⅴ/Ⅲ比1150，减小横向生长速率、延缓AlN合并过程，可以减小合并处的晶体取向差，有效减少合并处新位错的产生。采用两步法获得了总厚度为7.3μm的无裂纹ELOG-AlN材料，其(0002)和(10(1)2)面XRD FWHM分别为177和448arcsec，穿透位错密度低至8×108cm-2。然而在ELOG-AlN的合并界面处产生了高达16nm的台阶聚并。 4.通过纳米压印技术制作图形一致性良好的纳米光栅型和纳米孔阵型AlN/sapphire模板，在此模板上进行纳米级的侧向外延生长。在光栅型模板上获得了(0002)和(10(1)2)面XRD FWHM低至114和357arcsec的3.5μm厚的高质量ELOG-AlN材料;在孔阵型模板上获得了(0002)和(10(1)2)面XRD FWHM低至76和306arcsec的3.3μm厚的高质量ELOG-AlN材料。纳米图形化侧向外延将AlN合并厚度缩小至1μm左右，大幅度提高了外延效率。此外，消除了微米级图形化外延中常见的台阶聚并，改善了ELOG-AlN薄膜的表面平整度。 5.在微米沟槽型AlN/sapphire模板上通过两步法侧向外延高质量AlN模板，在此模板基础上外延低穿透位错密度的MQWs激光器结构，实现了波长为263nm的深紫外光激射，光谱半高宽为1.29nm、阈值光功率密度为2.7MW/cm2。 6.在纳米孔阵型和光栅型AlN/sapphire模板上通过纳米图形化侧向外延获得高质量的ELOG-AlN模板，分别在孔阵型和光栅型模板上实现了波长为271.9和272.7nm的深紫外光泵浦激射，阈值光功率密度分别为810和690kW/cm2。对比平面蓝宝石衬底上相同结构的激光器，孔阵型和光栅型模板上激光器的阈值分别降低了68％和72％。虽然孔阵型模板上侧向外延的ELOG-AlN材料的晶体质量要优于光栅型模板上ELOG-AlN材料的晶体质量。但由于光栅型模板上低位错MQWs区域垂直于激光器谐振腔腔面，其低位错MQWs区域的排布更加有序，更符合F-P型激光器的谐振方向。因此，对于实现低阈值的深紫外激光器，光栅型AlN/sapphire模板是一个更好的选择。 7.基于纳米压印技术和湿法腐蚀技术通过Top-down法制备了一致性很好的六方排布的AlN和AlGaN纳米柱阵列模板，基于垂直的AlN和AlGaN纳米柱阵列模板进行了二次外延三维结构的复合晶面AlN材料、AlGaN材料以及MQWs结构的初步探索研究。