Ⅲ族氮化物具有优异的光学与电学性质,现已经广泛应用于发光二极管(LEDs)、激光器、光电探测器和大功率电子器件中。通常金属极性Ⅲ族氮化物薄膜具有较高的晶体质量,而高质量的N极性Ⅲ族氮化物薄膜制备则比较困难,因此大部分器件的应用中都采用了金属极性Ⅲ族氮化物材料。然而,N极性Ⅲ族氮化物的潜力还没有被充分挖掘,在增强型晶体管、高度缩放晶体管、光子探测器、太阳电池、齐纳隧道二极管等器件的应用中,N极性结构将比金属极性结构更有优势,N极性的结构也有利于提高LEDs和LDs的性能,如提高载流子的注入效率、减小载流子的溢出以及增加In的组分等,这吸引了很多研究者的兴趣。本文在蓝宝石衬底上开展了N极性GaN、InGaN和InN薄膜的生长和特性研究,取得的主要成果如下：1.研究了衬底倾斜角、成核层厚度、高温GaN生长温度以及Will比对N极性GaN薄膜性质的影响。结果表明,当蓝宝石衬底的倾斜角从0.3°增加到0.8。时,N极性GaN的晶体质量、光学质量以及表面形貌得到了极大的改善,这主要得益于大倾斜角蓝宝石衬底增加了表面的台阶密度,同时减小了台阶之间的距离,这增加了Ga吸附原子接触到台阶和扭折位置的概率,有利于形成台阶流生长模式,从而提高了薄膜的晶体质量。成核层的厚度为20 nm时,GaN薄膜的螺位错与刃位错密度出现了极小值,即薄膜的晶体质量最好。而高温GaN的生长温度从1000℃增加到1080℃时,GaN薄膜的“黄带”发光显著降低,说明较高的生长温度有利于提高N极性GaN薄膜的光学质量。在1080℃条件下,当Will比为1500时,N极性GaN薄膜的晶体质量最优,其螺位错与刃位错密度分别为4.70×107cm-2和3.13×108cm-2,表面的均方根粗糙度(RMS)值为0.331nm,背景电子浓度和迁移率分别达到了2.35×1017/cm3和509 cm2/V·s,这些性能指标均与Ga极性GaN薄膜的性能相当。2.在N极性GaN模板上生长了N极性InGaN薄膜,研究了生长温度、Ⅴ/Ⅲ比、三甲基铟(TMIn)流量以及生长压力对N极性InGaN薄膜性质的影响。结果表明,较低的生长温度和大TMIn流量是增加薄膜的In组分的最有效的方法,但In组分的增加使InGaN与GaN之间的晶格失配增加,不可避免的降低了InGaN薄膜的晶体质量。较高的生长温度有利于提高N极性InGaN薄膜的晶体质量和光学质量,在760℃及以上的生长温度下,薄膜都有较强的近带边发光,而生长温度低于740℃时,近带边发光减弱,深能级发光逐渐占主导。由于In的平衡分压比Ga高很多,存在于气相中用以维持平衡的In占In的总输入量的比例较大,因而薄膜中的In组分对TMIn的输入量更为敏感。N极性InGaN薄膜的表面粗糙度随生长温度和压力的增加而降低。较高的生长压力有利于抑制In-N键的分解,在提高薄膜的晶体质量的同时也增加了薄膜中的In组分。3.制备了蓝紫光和蓝绿光的N极性LED。在样品的X射线衍射(XRD)2θ-ω扫描谱中可清晰地显示出高级卫星峰,说明N极性LED材料具有较好的晶体质量。器件的表面粗糙度较低,蓝紫光LED的表面RMS值为1.45 nm,蓝绿光LED的表面RMS值为1.75 nm。在200 mA的注入电流下,蓝紫光LED发光波长为411 nm,蓝绿光LED的发光波长为483 nm。4.在N极性GaN模板上生长了N极性InN薄膜,研究了生长温度、NH3流量、TMIn流量以及脉冲生长方法对N极性InN薄膜性质的影响。结果表明,与In极性InN薄膜相比,N极性InN表面较为平坦,而In极性InN表面被六方小丘覆盖。此外,N极性InN薄膜中存在着不同密度的In极性畴,我们认为In极性畴起源于下方GaN模板层的单晶畴边缘,在InN生长的初始阶段便形成了In极性晶核,随着生长的进行In极性晶核逐渐长大形成单晶畴。In极性畴密度随着生长温度或TMIn流量的增加而增加,且随NH3流量的减小而减少。这是由于GaN单晶畴边缘对表面吸附的In原子的迁移具有阻挡作用,不同生长条件下In表面吸附原子的迁移能力不同,因而迁移至GaN单晶畴边缘的几率不同,进而形成In极性InN晶核的密度不同。N极性InN在KOH溶液中的腐蚀速率高于In极性InN的腐蚀速率。XRD测试结果显示,相同生长条件下,N极性InN衍射峰位于31.3。,而In极性畴的衍射峰位于32.1。附近。此外,XRD极图测试中发现N极性InN薄膜中存在闪锌矿结构的InN,而且在闪锌矿InN的侧壁上还长有纤锌矿结构的InN这种复杂结构。随后在腐蚀后的SEM照片中我们发现了这种复杂结构,并且这种复杂结构具有1个上表面为N极性的闪锌矿InN内核和3个在侧壁上生长的In极性纤锌矿InN单晶畴。我们采用了脉冲生长法得到了晶体质量最好的N极性InN,其(0002)面摇摆曲线半峰宽为1.35。。