氮化镓及其相关的合金半导体材料是替代第一代（Si、Ge）和第二代（In P、Ga As）的第三代化合物半导体之一,由于其更为优异的光电性能,近年来得到迅速的发展。其中,三元合金材料之一的In_xGa_1-xN材料的禁带宽度从0.7 eV到3.4 eV连续可调,可覆盖整个可见光范围,在实现全色彩照明方面有着巨大的潜力,并且在航空航天、医疗、通讯、发光等方面都有着广泛的应用前景。然而实验表明,当掺杂In组分大于20%时,由于衬底和外延晶体的晶格失配,造成材料压电场强和内应变变高、位错密度增加,导致GaN中高In组成的活性层内量子效率很低,限制了InGaN材料向更长发光波长发展。为了突破这一瓶颈,需要在相应LED薄膜器件的外延结构改进上入手。譬如选取替代衬底,或是引入量子点结构以释放薄膜中存在的内应力等。而在这个过程中,精确的薄膜微结构和光学、光电子学性能分析是实现有效调控的必要条件。基于此,本论文通过多光谱手段（高分辨X射线衍射、X射线光电子能谱、拉曼散射光谱和时间分辨光谱等）对Zn O衬底上生长的一系列高In组分InGaN/GaN异质结薄膜和绿光量子点型InGaN LED材料进行深入研究,对进一步指导通过金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术生长高发光效率的InGaN LED材料有着重要的作用。论文的研究主要从以下几个方面进行,包括:（1）以金属有机化合物化学气相沉积法生长的一系列高In组分的InGaN/GaN异质结薄膜为研究对象,利用高分辨X射线衍射,卢瑟福背散射光谱和X射线光电子能谱定量分析得到In_xGa_1-xN/GaN异质结薄膜的In组分约为19%～65%,GaN缓冲厚度以及InGaN层厚度分别约为28 nm～57nm和52 nm～91 nm。同时通过X射线光电子能谱、卢瑟福背散射光谱、拉曼散射光谱和光致荧光光谱分析一系列不同组分的InGaN外延薄膜的晶体质量,其中生长温度在680℃～720℃范围内的InGaN/GaN/Zn O薄膜质量较优。上述研究表明,随着生长温度的升高,Zn和O原子从Zn O衬底向InGaN层的扩散加剧,使得In组分减少,层间压缩应变增加,导致杂质能级的形成。以上过程才是导致外延薄膜晶体质量降低的根本原因。（2）以金属有机化合物化学气相沉积法生长技术为基础,有意在量子阱中引入富In团簇,通过控制形状、大小和In/Ga比率来构造准量子点结构为研究对象。利用透射电子显微镜和变温稳态光致荧光光谱定量分析得量子点与量子阱的平均宽度分别约为2.4 nm和4.5 nm。并且提出了一种对激子复合模型与ABC复合模型进行修正的更加全面的载流子复合动力学模型,进一步阐明绿光量子点型InGaN LED材料辐射和非辐射复合以及各个复合路径之间的竞争关系。基于载流子复合动力学模型研究表明,自由载流子复合在高温、低脉冲注入、高的能量态以及肖特基非辐射复合（SRH）缺陷密度较高的位置时占据主导地位,所以自由载流子复合不可以被忽视,更进一步证明提出一种全新的载流子复合动力学模型的必要性。（3）相较于之前常用的通过假设0 K时不存在非辐射复合而获得的相对内量子效率的方法而言,基于新模型提出的计算内量子效率绝对值的新方法无需任何假设,可以更加准确且便捷地得到内量子效率。并且通过分析可知,内量子效率与注入载流子浓度存在着密切的关系。因此,只有在提供载流子浓度的情况下,讨论内量子效率才有意义。