近二十年来,高亮度InGaN基LED已经得到了迅猛的发展,其中蓝光波段的InGaN基LED已经商业化,内量子效率已经超过70%。然而,随着发光波长扩展到可见光谱中的长波长区,即随着铟组分的增高,InGaN基LED的内量子效率急剧降低。这其中的最重要的原因是很难得高质量的高In组分的InGaN化合物半导体。通常高In组分的薄膜中存在大量的缺陷,这些缺陷大大的降低了LED的发光效率。为此,有关高In组分InGaN合金的研究已成为目前Ⅲ族氮化物领域内的一个热点问题。本文提出了一种采用完全应变弛豫的InGaN模板制备晶格匹配的高In组分InGaN薄膜的方法,利用分子束外延(MBE)生长技术制备了一系列高In组分的InGaN薄膜。并对所制备的高In组分InGaN薄膜进行了一系列微结构表征和分析,同时得到了优化的退火工艺来改进InGaN薄膜的晶体质量和光电特性。取得成果如下：(1)首次在InGaN模板材料的分子束外延生长过程中,结合斜角离子束流处理,进行材料生长表面纳米雕刻工艺,形成纳米尺度的起伏界面,借助纳米尺寸的界面对位错能产生镜像力的原理进行位错的过滤,在GaN薄膜上制备了位错密度与GaN相当的In组分大于0.5的完全应变弛豫的InGaN模板,有效抑制了晶格失配导致的界面位错。该工艺将InGaN模板位错密度降低了2个数量级以上,并在此模板上制备得到了高质量高In组份InGaN异质结构及量子阱结构。(2)通过XRD和透射电子显微镜(TEM)表征技术,观察到了高In组分InGaN合金中一系列独特的微结构。利用X射线反射率随入射角变化而变化的特点,分析和解释了非对称面(10-15)倒易空间扫描图中多量子阱相关的卫星峰的非常规横向漂移现象。同时通过TEM,发现生长在粗糙界面{10-1m}(m>1)上的InGaN薄膜除了出现多相的特点外,在<10-1m>方向上呈现出很强的组分调制现象,首次解释了生长在类似表面上的InGaN多量子阱中能大大提高In元素的原因。首次通过TEM在高In组份InGaN合金中观察到In/Ga原子比为1：1的InGaN有序结构和c轴方向的自发超晶格结构。(3)通过不同条件下的热退火实验比较,我们发现将InGaN p-i-n多量子阱样品放在氮气的环境下,500℃退火15分钟能很好的改善InGaN合金表面形貌；发现InGaN表面的富In层会重新并入p-InGaN体内,同时,InGaN表面V型缺陷会出现收口与消失,所制备的InGaN肖特基反向漏电流降低两个数量级。(4)发展了一种新的制备InGaN纳米柱的生长方法。我们发现InGaN模板在一定条件下的原位退火处理会改变InGaN生长表面的形貌,使得后续的InGaN生长方向与晶体(0001)方向产生偏离而导致岛状生长结构无法合拢形成完整晶界,从而自发形成柱状生长模式,在无需金属诱导或者采用纳米压印技术等传统复杂方法情况下就能制备得到InGaN纳米柱结构。