Ⅲ族氮化物是目前最重要的半导体材料之一。InGaN/GaN异质结构具有出色的光学及电学特性,其光谱范围可以覆盖从紫外光波段到可见光波段再到红外波段,被广泛应用于各种照明及显示器件中,并获得了令人瞩目的成果。基于Ⅲ族氮化物材料的工业产业已经形成,在照明、显示等领域带来了革命性的进步。因此,三位日本科学家赤崎勇、天野浩和中村修二作为Ⅲ族氮化物发光器件领域的奠基人,被授予了 2014年的诺贝尔物理学奖。金属有机化学气相淀积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)技术是目前最广泛应用于高质量Ⅲ族氮化物薄膜和异质结构生长的手段。由于诸如晶格常数等材料本征的物性,利用传统的生长技术很难获得质量令人满意的InGaN/GaN异质结构。为了克服这些在后续的生产研究中会造成更加严重后果的问题,研究人员为此付出了大量的努力。侧向外延生长技术是目前已经实现的效果最好的手段之一,尽管这种生长手段已经在多年的研究中被实验确认可以有效降低晶体内部位错密度,但是其生长过程中伴随的各种掺杂、应力等的不均匀性,不可避免地会对材料性质以及后续的器件造成严重的影响。本论文工作重点研究侧向外延生长InGaN/GaN异质结构的微观特征,解决所涉及的一些科学问题。实验上采用扫描电子显微镜、阴极射线荧光等表征手段研究材料的形貌、晶体结构、合金组份等,分析了影响侧向外延生长的各项因素,深入理解InGaN/GaN异质结构的侧向外延生长过程,为更高质量异质结构的生长提供指导。具体的研究成果如下:1.从生长动力学角度深入研究Ⅲ族氮化物的MOCVD侧向外延生长。分析了MOCVD生长过程中的动力学过程,解构了不同条件下生长特征;建立了侧向外延生长中金属原子的扩散模型,明确了生长速率、掺杂浓度等的差异度的来源。2.利用图形窗口实现了微米尺寸InGaN/GaN异质结构的侧向外延生长,分析了衬底图形窗口取向、位错等因素的影响。使用电子束曝光技术构建了图形窗口沿多个晶向延伸且宽度各异的生长模板,完成了微米尺寸InGaN/GaN异质结构的生长,分析窗口参数改变时异质结构形貌、组份的差异;同时证明了位错密度的改变以及晶面的转换都对异质结构中InGaN组份有显著影响。3.实现了 InGaN/GaN多量子阱纳米线的侧向外延生长,研究了晶面极性对纳米线形貌和InGaN组份的影响。使用纳米尺度模板制造工艺,便捷且低成本地实现了窗口宽度在150 nm以下的生长模板,完成InGaN/GaN多量子阱纳米线的生长,分析了窗口尺寸显著缩小且生长时间大幅缩短时,各种生长参数特别是窗口取向对纳米线的影响;实现了图形窗口取向连续变化的半环形的纳米线的生长,发现了晶面极性改变造成的金属原子在纳米线上的横向迁移。4.基于InGaN/GaN多量子阱纳米线,使用常规器件制造工艺构建了纳米线发光器件,对其进行了光电性能的测试。测试结果表明,这样获得的纳米线LED器件具有良好的电学特性,并观测到明亮的蓝紫光发射。