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GaN/AlN超晶格结构在光电探测器，激光器，远红外发光器件上的用途越来越广，生产低成本、低缺陷浓度、组分界面清晰的此类超晶格结构成为限制其应用的主要问题。目前使用的MBE生长方法，可以得到较好的超晶格界面。但是其成本巨大，生长速率低，不利于大规模生产。而使用成本相对较低，适合商业生产的MOCVD生长方法所淀积的GaN/AlN超晶格在材料质量方面却不如MBE出色，需要对其生长方法进行进一步的优化。本文正是在这种背景下，将GaN/AlN超晶格材料作为研究对象，主要研究了提高超晶格界面的生长方法，超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格在替代高Al组分AlGaN/GaN异质结势垒层方面的应用等。具体成果与意义如下：首先，根据脉冲法的思路，并且结合实验设备的特点，提出了一套独特的生长方式——单脉冲间断生长，区别供氨法。即在超晶格生长过程中，AlN薄层和GaN薄层使用氨气量不同，每层薄层生长过程中MO源脉冲一次，脉冲结束后有短暂的生长停顿时间，在这段时间仍然保持氨气的持续通入。这种采用不同氨气量的方法，可以保证不同薄层所需的最优V/III比，有效提高超晶格结晶质量。并且利用间断的时间，不仅可以进行MO源转换和氨气流量转换，而且可以对薄层表面进行氮化处理，进一步提高薄层结晶质量以及表面形貌。通过实验，成功得到了表面形貌较好的超薄层周期厚度GaN/AlN超晶格。其次，研究了超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格生长温度，通过两组实验，得到了适宜超薄周期厚度GaN/AlN超晶格的生长温度。同时，通过实验，研究并分析了在高温情况下，由于GaN发生了分解反应，导致整个超晶格材料结晶质量下降。并且发现了低温情况下，GaN层出现了表面塌陷（surface depression）现象，导致超晶格结晶质量下降。再次，我们将超薄周期厚度的GaN/AlN超晶格材料使用到了AlGaN/GaN异质结中，让其替代原先的alloy-AlGaN势垒层，即成为类AlGaN（quasi-AlGaN）势垒层。在本文中，GaN/AlN超晶格的等效Al组分达到45%，我们将该样片和普通的alloy-Al0.45Ga0.55N/GaN异质结进行比较，实验结果得出这种超晶格结构具有更高的2DEG浓度和较高的耗尽电压。并且通过实验，我们得到了这种类势垒层结构将提高高Al组分的势垒层临界厚度这一结论。最后，我们通过一维自洽求解薛定谔/泊松方程，模拟研究了在使用超晶格做势垒层的时候，不同等效Al组分，不同超晶格周期数，不同超晶格周期厚度下的quasi-AlGaN/GaN中2DEG浓度变化。在不考虑alloy-AlGaN势垒层弛豫的情况下，我们将quasi-AlGaN/GaN和alloy-AlGaN/GaN结构进行了比较，得出了quasi-AlGaN/GaN能够形成更高2DEG浓度的结论。而且GaN/AlN超晶格做势垒层不仅可以提升2DEG浓度，并且这种结构在高Al组分下具有较厚的临界厚度，可以更为广泛的应用到高Al的quasi-AlGaN/GaN结构中。