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INxAl1-xN三元合金外延薄膜由于在In组分为0.18时可以实现与GaN晶格完全匹配以及具有极强的自发极化效应等独特优势，在新一代微电子和光电子器件应用上具有非常好的前景，目前已成为Ⅲ-Ns领域的研究热点。但是由于受高质量InxAl1-xN三元合金外延生长困难的阻碍，如今人们对InxAl1-xN及其器件的基本性质了解还很有限。本论文从晶格匹配附近InxAl1-xN外延薄膜的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长，到微结构性质分析，再到晶格匹配的In0.18Al0.82N/GaN异质结构二维电子气(2DEG)的输运性质，对InxAl1-xN体系作了较系统的研究。主要结果如下：
1.研究了GaN上InxAl1-xN外延薄膜的MOCVD生长规律，发现温度是影响InxAl1-xN薄膜中In组分的最主要因素。在与GaN晶格匹配组分附近生长了一系列的InAl1-xN外延薄膜，发现应变状态对它们的微结构性质影响很大。在近匹配时(0.166≤x≤0.208)，应变较小，InxAl1-xN薄膜在GaN上是赝晶生长，晶体质量较高，表面粗糙度较低。但当InxAl1-xN薄膜受较大张应变时(x=0.153)，InxAl1-xN会通过产生裂纹以及在InxAl1-xN/GaN界面处产生失配位错释放应力，这些失配位错在应力场作用下转弯到c轴方向变成刃型的穿通位错。在裂纹之外的区域仍近似处于完全应变状态，表面形貌仍然较好。而当InxAl1-xN受较大压应变时(x=0.231)，InxAl1-xN薄膜内部发生了部分弛豫，形成了层错等缺陷，表面也明显变粗糙。
2.对InxAl1-xN外延薄膜中的V-defects进行了研究。发现存在两种不同的V-defects形成机制：一种与应变无关，起源于含螺型分量的位错；另一种起源于晶格弛豫形成的缺陷。基于对V-defects形成机制的研究，提出了一种简单而准确评价InxAl1-xN(GaN)外延薄膜中含螺型分量位错密度的方法。
3.通过优化MOCVD生长过程中AlN插入层厚度，得到了具有良好2DEG输运性质的晶格匹配In0.18Al0.82N/GaN异质结构。室温2DEG迁移率和浓度分别为1340 cm2/Vs和2.1×1013cm-2方块电阻低至222Ω/□。通过实验分析，确定In0.18Al0.82N/GaN异质结构中对2DEG的合金无序散射远强于AlxGa1-xN/GaN异质结构，这是造成无AlN插入层的In0.18Al0.82N/GaN异质结构中2DEG迁移率较低的主要原因。利用合适厚度的AlN插入层可以有效抑制合金无序散射，提高2DEG迁移率。
4.在低温、强磁场的磁输运实验中观察到In0.18Al0.82N/GaN异质结构中2DEG强的舒伯尼科夫-德哈斯(SdH)振荡。观察到异质界面三角形量子阱中2DEG的双子带占据，确认第一子带和第二子带能级间距为191 meV，远大于AlxGa1-xN/GaN异质结构。结合自洽计算，发现In0.18Al0.82N/GaN异质结构极大的自发极化导致了比AlxGa1-xN/GaN异质结构高得多的2DEG浓度和更强的2DEG空间限制，确认在In0.18Al0.82N/GaN异质结构中的合金无序散射被AlN插入层抑制后，界面粗糙度散射成为决定异质结构输运性质的主要因素，提高界面质量是提高2DEG迁移率的关键。
5.通过分析In0.18Al0.82N/GaN异质结构中2DEG浓度随温度的变化研究了异质结构中自发极化的温度特性。变温Hall实验发现In0.18Al0.82N/GaN异质结构中2DEG浓度随温度升高近似线性增加，与AlxGa1-x/N/GaN异质结构的2DEG浓度随温度的变化规律明显不同。通过计算确认这主要是In0.18Al0.82N/GaN异质结构的自发极化随温度变化造成的，同时得到异质结构的自发极化温度系数为1.66×10-5C/Km2。进一步分析可以确认组成异质结构的元素的电负性随温度的变化是决定In0.18Al0.82N/GaN异质结构自发极化随温度变化的主要因素。