AlGaN半导体是制备紫外光电器件的理想材料，其深紫外光源器件在照明、杀菌消毒、环境净化、以及高密度光学数据存贮等方面有着重大的应用价值和广阔的市场前景。不过，由于高Al组分AlGaN半导体的p型掺杂困难和发光偏振性因价带反转而引起变化等问题，导致深紫外光源器件的效率低，且随波长减小急剧下降，制约了它的发展应用。本论文采用第一性原理计算模拟和MOVPE外延技术针对以上两方面问题展开了系统研究，具体研究工作如下:　　提出采用MOVPE表面工程技术解决AlGaN半导体p型掺杂中的Mg溶解度低问题。首先，采用第一性原理计算模拟系统研究了高Al组分AlxGa1-xN半导体p型掺杂中的Mg浓解度问题。研究结果显示，在AlxGa1-xN体中，MgAl和MgGa的形成能均为正，且数值较大;在同一Al组分AlGaN中，MgAl的形成能大于MgGa;随着Al组分增加，MgAl和MgGa的形成能均线性增大。这表明随着Al组分的增加AlxGa1-xN中Mg的浓解度降低，掺杂变得越加困难。在掺杂应变减小和电子环境不同于体内等表面因素作用下，Mg受主形成能降低至负值，表明Mg容易掺入AkGa1-xN表面。MgAl的形成能低于MgGa，且随着Al组分的增大而减小。同时，在富N生长氛围中，Mg受主形成能更低，有利于Mg的掺入。基于理论研究结果，我们提出了表面工程技术方法，在常规的Mg掺杂AlGaN生长过程中周期性、短时间地关停金属源，只通N源。这样在金属源中断期间，Ⅴ/Ⅲ比达极限富N，最大限度地促进Mg掺入，从而提高Mg浓度。实验结果显示，相比于传统方法，用表面工程技术方法生长的不同Al组分样品的Mg浓度均得到提高，提升幅度随Al组分增加而增大。其中，Al0.99Ga0.01N样品中Mg的提升比达5，浓度约为5×1019cm-3。进一步的测试结果显示H浓度和Mg浓度相对应地同步提升，表明Mg为有效替位掺杂。高浓度Mg掺杂的获得为实现高Al组分AkGa1-xN半导体高效率p型掺杂打下了基石。　　提出采用新型Mg掺杂的3D(Three-dimension) AlGaN超晶格替代传统超晶格来提高p型掺杂效率。首先，构建了Mg掺杂的3D和传统AlN/GaN超晶格结构模型，并采用第一性原理模拟预测了Mg在两种不同量子结构中的电子结构性质。研究结果显示，相比于传统超晶格大部分空穴局域在阱内，3D超晶格的空穴分布趋于分散，空穴势垒区域的空穴浓度大幅提高了，空穴势垒明显降低。得益于Mg和N间的pz杂化增强，沿c轴方向与Mg原子相连接的N原子的pz分波态密度在费米能级附近数值的大幅提高，极大地增加了沿垂直方向输运的空穴浓度。这些结果表明Mg掺杂3D AlGaN超晶格结构可以降低空穴在垂直异质界面方向输运势垒，进而降低其垂直电阻率。基于理论研究结果，我们采用MOVPE技术，通过氮化时间调控外延衬底的形貌，外延生长了两种不同类型的Mg掺杂的Al0.63Ga0.37N/Al0.51 Ga0.49N超晶格外延片。测试结果显示，3D超晶格的电阻率为0.7Ω·cm，比传统超晶格的低了数十倍;空穴浓度达3.5×1018cm-3，且随温度变化很小，在低温下依然能保持高的空穴浓度和良好的电导，为制备高性能深紫外光电器件奠定了基础。　　提出采用Mg杂质能带工程调控高Al组分AlGaN量子结构的发光偏振性。采用第一性原理首先对AlxGa1-xN混晶的发光偏振性随Al组分的变化关系进行了研究。研究结果显示AlxGa1-xN混晶的晶格常数比c/a和内部参量u偏离理想值程度随Al组分增加而增大，表明混晶的离子性随之增强。这导致晶体场分裂能Δcr逐渐减小，从GaN的40meV降至AlN的-197meV。Δcr从正值到负值转变引起了价带顶能带排序反转，即价带顶第一子带从HH子带变成CH子带。由此，随着Al组分的增加，AlGaN的带边发光从TE波为主逐渐转变成以TM波为主。这从根本上限制了高Al组分c面AlGaN发光器件的正面出光，导致发光效率急剧下降。Mg掺杂作为能带工程调控的手段，可增大AlxGa1xN混晶的晶体场分裂能，进而增加TE波发光比重，增大幅度随Al组分的增加而增大。进一步地，Mg掺杂可调控反转Al0.75Ga0.25N/AlN量子结构的价带顶的能带排序，使HH子带成为第一子带，而CH则移至第三子带，调控带边发光由TM波为主转变成TE波为主，有望大幅提高深紫外发光器件正面出光。