以Ⅲ族氮化物为研究对象的固体发光技术，带动了与之密切相关的蓝光、绿光和发光二极管（Light-emitting Diode，LED）照明与紫外探测器的应用。在这个方兴未艾的领域里，虽然很多技术瓶颈已经取得了突破，但是仍然有不少问题尚未解决，例如，虽然紫外半导体激光器和紫外 LED、绿光 LED 技术已经取得了长足的进步，但它们的内量子效率仍然不高；即使是蓝光 LED 内量子效率已经很高了，但是随着工作电流的增加，其输出效率会急速降低（Efficiency-Droop Effect）。我们知道，位错的量级在固体发光特性中扮演着非常重要的角色，是引起发光效率降低的主要因素。因此，在Ⅲ族氮化物半导体器件大规模商业化的同时，对Ⅲ族氮化物外延层薄膜结晶质量做更进一步的提高依然十分重要；对Ⅲ族氮化物半导体外延层薄膜生长和表征的深入研究依然是当前的研究热点。本文从Ⅲ族氮化物半导体材料的生长和表征出发，重点研究了 AlGaN、InGaN 的生长和表征技术、GaN 非谐效应的变温 Raman 散射以及 LED 发光转变机制的低频噪声表征等问题。主要的成果如下： 1. 提高 AlGaN 外延层结晶质量的低温加高温 AlN 成核层技术的生长与表征 采用金属有机化学气相沉积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition， MOCVD）法，通过在高温 AlN 成核层与衬底之间插入一薄层低温 AlN 成核层结构，有利于提高 AlGaN 外延层的结晶质量。通过高分辨 XRD 结果表明，AlGaN外延层薄膜的线位错密度明显降低；原子力显微镜（Atomic Force Microscope， AFM）结果表明，AlGaN 外延层的表面相貌得到改善，表面粗糙度降低。 2. AlGaN 外延层结晶质量进一步提高的自支撑 GaN 衬底与低温加高温 AlN成核层技术的生长与表征 采用低温加高温 AlN 成核层的 MOCVD 法生长 AlGaN 外延层，通过与蓝宝石衬底进行对比，研究了 AlGaN 外延层的相关缺陷行为和发光特性。发现以自支撑GaN 衬底生长的 AlGaN 外延层，虽然表面形貌的起伏较大，但结晶质量和发光性质均得到了明显地提高，刃位错密度和总位错密度得到了较大幅度的降低。 3. 温度对 InGaN 外延层薄膜结晶质量的影响 在不同温度下，对 InGaN 外延层薄膜的发光特性与结晶质量和 In 组分之间的关系进行了研究。提出在较低温度（650℃）时生长的 InGaN 外延层薄膜，在 In组分（15.36%）较高时 InGaN 外延层的结晶质量、表面形貌与发光特性均得到了明显地提高，线位错密度明显降低。 4. 插入 AlN 成核层结构的 InGaN/GaN MQW LED 光电转换效率的模拟研究采用 STR 公司的 SimuLED5.2 软件，对插入 AlN 成核层结构的多量子阱 LED的能带结构、发射光谱、Auger 电流密度、非辐射复合电流等方面进行模拟研究。结论表明，插入 AlN 成核层结构的多量子阱具有较高的内量子效率；随着偏置电压的逐渐增大，IQE 下降幅度较小。 5. GaN 外延层的非谐效应进行变温 Raman 表征 通过对不同温度段（整个测试温度段，高温段和临界温度）Raman 频移与温度的分析，提出了采用一阶指数衰减数学模型，可以对样品的非谐效应进行对比。在忽略高能声子衰变的情况下，进一步采用该模型还可以计算出热膨胀系数或者Grüneisen 参数。 6. InGaN/GaN 多量子阱发光二极管发光机制转变的低频电流噪声表征 以低频 1/f 噪声理论为依据，研究了 InGaN/GaN 多量子阱（Multiple Quantum Well，MQW）发光二极管（Light-emitting Diode，LED）发光机制转变的低频噪声表征方法。在电流从 0.1mA 到 10mA 之间变化时，对 InGaN/GaN 多量子阱结构LED 的电流 1/f 噪声进行了测试，结论表明：（1）随着电流逐渐增大，InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管的电流噪声从产生复合噪声（Generation-recombination， g-r）类型逐渐过渡为低频 1/f 噪声；（2）载流子的复合机制从非辐射复合过渡为载流子之间的辐射复合，并具有标准 1/f 噪声谱的趋势。