Ⅲ族氮化物半导体因其连续可调的宽广的直接带隙及其优越的物理、化学性质，在光显示、光照明、光存储、光探测和功率电子器件等光电子器件等领域中具有极其广泛的应用潜力和良好的市场前景。Ⅲ族氮化物半导体器件中，GaN基超晶格、量子阱等异质结构扮演着非常重要的角色，其质量优劣直接影响着器件的性能和应用，因而近年来成为人们研究的热点之一。随着可见光波段器件的日趋成熟，Ⅲ族氮化物半导体材料的研究逐渐转向高Al组分AlGaN和高In组分InGaN方向发展。本论文采用MOVPE生长技术，结合第一性原理计算方法和材料的结构、性能测试，开展了AlN材料、GaN/AlGaN超晶格结构、InN/InGaN混晶等方面的研究，主要工作进展如下:　　系统开展了AlN材料的MOVPE外延生长研究，以期了解生长前不同预处理方法对AlN外延薄膜特性的影响。实验结果表明，生长前的脉冲通入预处理方法能有效减少AlN薄膜的螺位错、刃位错，同时也降低了生长表面的粗糙度，从而提高了AlN材料的质量。实验中还对Ⅴ/Ⅲ比、生长压力、H2流量等生长参数对AlN外延材料的影响开展了较系统的研究，并在一定范围内获得了各种参数的优化值，改善了AlN外延层的晶体质量和表面形貌。在此基础上，利用调制型迁移率增强法生长了厚约为1μm质量较高的AlN外延膜，为后续研究提供了重要的基础。　　系统地探讨了GaN/AlGaN超晶格异质结构的生长过程中，生长中断法对界面的影响，针对不同的界面采用不同时间的中断吹扫处理，使界面得以初步优化。为了克服高温下的元素界面扩散效应的影响，采用第一性原理计算方法，构建异质界面的理论模型进行模拟。计算结果表明，金属元素的界面扩散能力与界面两侧的组分浓度差呈正比关系。根据模拟结果，我们提出采用超薄阻挡—补偿插层技术来生长GaN/AlGaN超晶格，以有效抑制界面处的Al原子高温扩散，减少扩散深度。实验结果证明，通过参数优化，该技术可有效提高GaN/AlGaN超晶格异质界面的陡峭度和量子阱上下界面的对称性，从而获得了高质量的GaN/AlGaN超晶格结构材料。　　基于第一性原理计算，研究了InN/InGaN异质材料的电子结构。计算结果表明，价带顶呈现量子特性，而导带底则呈现出体材料相似的能量色散。导带底的电子轨道涵盖了整个InN阱层，有助于电子和空穴的交叠，增强辐射复合。采用MOVPE技术制备InN/InGaN异质结构，探索了InN/InGaN异质结构温度生长条件，并确定了阱垒同温的优化生长工艺。利用XRD和AFM表征和分析了InN/InGaN异质结构的形貌、晶体结构，结果显示该结构完整、结晶程度好。测量不同阱垒厚度的结构光致发光谱显示，InN/InGaN异质结构带隙受到应变调控。在此基础上，采用脉冲生长法进一步改善了InN/InGaN异质结构的晶体质量。