InGaN半导体的带隙基本上覆盖了整个可见光波段,还包含了部分红外波段,在光电器件和光存储器件方面都有着广泛的应用。目前,影响其未来发展的几个难题,包括晶体质量、发光机制和相分离现象,深受大家的关注并需要迫切解决。本论文通过计算模拟和实验研究,并结合前人的研究,全面深入地考察了InGaN中相分离的有关问题,分析其性质、阐明其物理机制,进而讨论其抑制方法及其对InGaN发光的影响等。首先从热力学基础出发,着重分析了相分离与自由能变化量的关系,得出自由能变化量是否大于0,由混合焓和熵共同确定;当?2G / ?x2 < 0时,亚稳态分解自发产生,从而导致了相分离的发生,反之,?2G / ?x2 < 0时则为成核和生长过程,要求大的组分涨落。接着,简述了InGaN半导体相分离的形式主要有三种,即团聚、有序和分离成两个或多个不同组分InGaN相,实验上主要以X射线衍射、透射电镜、选区电子衍射、阴极荧光、拉曼谱等技术检测相分离是否发生以及存在的形式。只要InN成分较高和外延层较厚,相分离就会产生于InGaN外延层,其抑制方法是受到衬底应力作用的外延层必须薄于临界厚度,在此基础上重点讨论影响临界厚度的主要参数;相反地,一定组分InGaN层薄于临界厚度时,诱发相分离的产生以形成富InN量子点且不产生晶格缺陷的方法主要有在粗糙GaN表面上生长InGaN等。在综合前人研究的基础上详细论述了相分离对InGaN外延层光学性质的影响,不仅表现在它导致了单色发光效率的下降和不利于器件的性能控制,也表现在因它将形成富In量子点而提高了LED的发光强度,但同时导致了出射光的红移。这可能就是为什么高缺陷的InGaN材料在室温下能够高效率发光的原因。在模拟计算方面,通过第一性原理和正规溶液模型计算了InGaN的自由能和混溶隙,结果发现,当晶格均匀分布且无受应力时,绝对零度下的InxGa1-xN趋于分离成GaN和InN两相,临界温度超过1825K;若引入GaN/InGaN或InN/InGaN界面失配应力时,自由能变化量变成负的,系统将分离成其它相,混溶区的范围向富InN方向移动,系统的临界温度分下降。晶格微结构计算表明,在没有应力的作用下,系统确实趋向于形成InN团簇,而在GaN/InGaN失配应力作用下In原子分布从团簇到两相分离的变化,另一方面,