宽禁带III-v族氮化物(InN、GaN、AIN以及由它们组成的合金固熔体)是直接带隙材料，其覆盖从红外到紫外间的光谱范围。其中，A1-xGa1-xN三元合金的禁带宽度从3.4eV(GaN)到6.2eV(AIN)可通过Al组分来调节。因此，AlxGa1-xN材料在深紫外应用中具有广泛的前景，包括紫外探测器和紫外发光二极管等。但是，由于缺少晶格匹配且热匹配的合适衬底，加上不同的Al和Ga的化学性质等难点，目前制备高质量高Al组分A1-xGa1-xN材料仍然存在很大的挑战。本论文主要通过优化生长工艺来提高AlxGa1-xN材料的质量。主要内容如下：　　 1.高质量AIN外延层的生长及特征：低气压生长条件下，研究了成核温度，成核厚度和生长V/III比对AIN缓冲层的晶体质量和表面形貌的影响规律，然后采用低温成核和高温生长的两步生长方法，通过优化AIN成核温度、成核时间以及v(III)比等条件，降低位错密度，改善表面形貌，提高AIN外延层的晶体质量。同时研究了低温成核与高温直接生长对AIN外延层表面形貌及反相畴分布的影响规律。　　 2. AlxGa1-xN(0.2≤x≤0.68)的MOCVD生长与特征：在上述优化的AIN缓冲层之上生长0.2≤x≤0.68组分的AlxGa1-xN外延层，分析了AlxGa1-xN外延层的晶体质量，表面形貌和光学特性随Al组分的变化规律。可以看到，AIGaN外延层随着Al组分的增加，晶体质量逐渐变好，但是其表面形貌却变得更差，PL谱中带边峰也逐渐变宽，深能级复合发光变得更严重。　　 3.利用AIN多层结构获得n型高导电性能Al0.7Ga0.3N：利用AIN多周期变V/III比结构，周期性变换生长模式，获得了高质量和高导电性能的Al0.7Ga0.3N外延膜。其(0002)和(10-15)的XRD摇摆曲线半高宽分别降到了519和625arcsec。室温hall测试给出了自由电子浓度为2.9x1019 cm-3，迁移率为17.8 cm2W-1S-1。截面TEM衍衬像显示AIN多周期变V/III比结构能够非常有效的降低穿透位错密度，降低了Al0.7Ga0.3N外延层中的非辐射复合中心密度。　　 4.结合低V/III比AIN基板与高温GaN插层对AlGaN晶体质量的提高：低V/III比生长能够提供低螺位错密度的AIN基板，而高温GaN插层又主要起到了过滤刃位错的作用，所以后续生长的Al0.5Ga0.5N外延层的位错密度得到了有效的降低。Al0.5Ga0.5N外延膜的(0002)和(10-15)双轴晶x射线衍射摇摆曲线半高宽分别降到了270和567 arcsec。另外，室温阴极射线荧光谱中较强的带边峰进一步证明了这种结合能够有效地提高Al0.5Ga0.5N薄膜的光学特性。