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本论文以AlInGaN的生长优化及相关器件制备为研究对象，工作主要分为以下三个方面：首先，采用金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)技术外延生长AlInGaN四元合金，并且采用多种检测手段进行了测试分析，深入研究了不同实验参数对AlInGaN合金材料结构和光学特性的影响；其次，基于对AlInGaN四元合金材料生长参数的优化，我们制备了InGaN/AlInGaN多量子阱发光二极管(LED)，研究了垒层AlInGaN组分的变化对器件性能的影响，并计算了器件的极化电场；最后，采用插入层技术在GaN模版上实现无裂纹AlGaN的生长，并在此基础上研究了AlGaN的掺杂特性。主要取得了以下结果：
(1)研究了生长温度，生长速率，反应室压力对AlInGaN外延层的组分，结构和光学性质的影响。结果表明随着生长温度升高，AlInGaN四元合金的In掺入量减少，Al掺入量基本不变，光荧光(PL)的黄光峰强度减弱，材料具有更好的材料质量和光学特性，同时发现高温下In组分的降低使得材料的表面粗糙度减小。生长速率增加时，In组分增大，晶体质量下降，光荧光出现深能级杂质峰。提高反应室压力也有类似的效果。此外，在AlN模版上进行了AlInGaN生长实验，结果表明在AlN模版上生长的AlInGaN样品的Al组分更高，这是由于改变应力状况消除了组分牵引效应(pulling effect)造成的。
(2)在AlInGaN材料生长条件优化的基础上，制备了InGaN/AlInGaN LED外延片。通过研究AlInGaN垒层In和Al组分对LED器件性能的影响，发现在垒层掺入一定量的In可以提高界面质量，增加了LED发光效率。但过高的In组分导致表面粗糙度增加，界面质量恶化。通过AlInGaN垒层变Al组分的实验，得到优化的Al组分为0.08。由于较高的Al组分导致垒层的禁带宽度增加，InGaN/AlInGaNLED的发光效率得到了增强，而且降低了器件的漏电流。
(3)研究了极化效应和局域化效应对InGaN量子阱发光特性的影响。极化电场会使InGaN/AlInGaN LED外延片的光荧光谱的发光峰红移，在PL测试时故意加一反向外加电场，可以抵消极化电场的作用。通过光荧光峰位随外加电场的变化，计算获得了In0.2Ga0.8N/Al0.08In0.01Ga0.91N LED中阱层的极化电场为0.86MV/cm。实验结果表明随着AlInGaN垒层Al组分的增加，使得量子限制效应的增强，InGaN量子阱层中电子和空穴的复合几率得到了提高。不同电流下的EL测试对比结果证实，由于极化电场的减弱，器件在不同电流下的波长稳定性大大提高。
(4)研究了AlGaN材料的掺杂特性。发现低Al组分(＜0.4)的AlGaN的Si掺杂样品具有比较好的电学性能，其电子浓度可以达到1×1017cm-3；而对于高Al组分的AlGaN，同样的Si掺杂浓度下生长出的样品呈现高阻状态。通过重掺杂Si实现了Al0.55Ga0.45N的n型导电，其电子浓度为2×1018cm-3。生长获得了Mg掺杂Al0.3Ga0.7N外延片，涡流法测试表明其方块电阻为2674Ω/□，估算其空穴浓度为3×1016cm-3，同时高Al组分下的Mg掺杂并未降低材料的晶体质量。