深紫外LEDs在照明、印刷、杀菌消毒、环境保护、以及非视距军事保密通信等方面都有重大的应用价值和广泛的市场前景。经过研究者们多年的不断努力，AlGaN紫外LEDs虽然取得了大幅度进展，但由于高Al组分AlGaN结构材料存在着外延困难、缺陷密度高、强极化、掺杂激活难、正面出光少等科学和技术难题，其发光功率和效率与高亮度可见光LEDs相比还远不能令人们满意，波长短于300nm的深紫外LEDs的发光效率普遍较低。本论文采用MOVPE外延技术，结合材料的结构和性能表征以及第一性原理计算模拟方法，对高Al组分AlGaN材料外延和电导控制，以及紫外LEDs有源层结构设计、外延生长、器件制备等开展了系统研究。主要取得如下研究成果:　　(1)提出了结合脉冲原子层外延和传统外延时生长源通入方式的分层生长法:先交替通入TMAl和NH3，以抑制预反应;然后，再同时通入TMAl和NH3，以形成易于连接晶粒的分子或团簇。在分层生长法中，每一步所包含的主要生长单元是不同的，所生长的各AlN层虽然具有相同的成分和晶体结构，但晶体的质量和密度等不尽相同。依此方法外延的AlN薄膜以二维模式进行生长，即使在厚度超过1.6μm的情况下也没有发生开裂。其表面完全结合且光滑平整，原子台阶清晰可见，表面粗糙度为0.32nm;位错密度较低，(0002)和(10-12)面XRD衍射谱线半高宽分别为177和684arcsec。在AlN分层生长的工艺基础上，我们进一步生长了全组分AlxGa1-xN，实现了AlGaN薄膜的组分控制。另一方面，我们将Mg-和Si-δ共掺杂技术应用于Al组分更高的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN超晶格(x≥0.25，y≥0.4)，制备了空穴浓度高达3.61×1018cm-3的p型AlGaN结构材料;通过对SiH4流量的调节，实现了高Al组分AlGaN材料的n型高电导及其调控，使之与p型电导匹配，以提高载流子的注入效率。　　(2)基于分层生长法外延的高质量AlN模板，我们以TMAl、TMGa及NH3同时通入的传统生长法进行AlGaN量子阱的外延，并引进In作为表面活性剂，生长了表面完全接合且原子级平整、界面清晰可辨且陡峭的AlGaN量子阱。通过考察量子阱表面形貌对其光致发光特性的影响发现，量子阱表面未完全接合时寄生发光占据主导，而完全接合后实现了量子阱阱层发光为主导，寄生发光几乎消失。阴极荧光测试表明，该寄生发光起源于AlN缓冲层和n-AlGaN，与其中的缺陷有关。表面完全接合的AlGaN量子阱的变温光致发光表明，量子阱中存在很强的局域化效应，其发光和局域激子的跳跃息息相关。在厘清寄生发光起源的基础上，我们提出了在n-AlGaN和量子阱之间增加了n-AlN空穴阻挡层的设计构想。第一性原理计算结果表明，此空穴阻挡层不仅对注入的空穴起到阻挡的作用，还增加了靠近它的量子阱对空穴的阱深，提高了阱对空穴的限制作用。进而采用MOVPE成功外延了所设计的结构，实现了其对空穴的阻挡作用，达到了抑制寄生发光峰的目的，最终获得了来自量子阱阱层的单一电致发光。最后，在工艺优化和结构设计的基础上，我们通过调节阱层、垒层以及n和p型层中的Al组分，结合标准芯片制作工艺和倒装技术，成功制备了具有良好电学和发光性能的263-308nm深紫外LEDs。　　(3)除了提高AlGaN的晶体质量外，以GaN/AlN量子点作为紫外LEDs的有源区可以更好地对载流子进行限制，提高发光效率和改善器件性能。依此，我们采用MOVPE技术成功制备了自组织生长、发光波长短至306nm的高密度六棱台状GaN/AlN量子点结构。进一步的变温PL和变温TRPL研究表明，在15-300K范围内，辐射复合寿命随温度变化保持不变，且辐射复合都占主导，而非辐射复合被很好地抑制，使得GaN/AlN量子点的内量子效率高达62％。此外，我们通过变功率PL谱测试发现，GaN/AlN量子点的发光波长和半高宽随激光功率的改变而保持基本不变，显示出了独特、良好的稳定性。第一性原理计算的结果表明，GaN/AlN量子点的高发光效率和波长稳定性特性不仅是由于载流子的三维限制效应引起的，极化效应的削弱也起着重要的作用。最后，通过外延生长和工艺制备，我们成功实现了GaN/AlN量子点紫外LEDs电致发光波长短至308nm的突破。值得一提的是，当电流从1mA增加50mA时，虽然芯片温度升高了293℃，但其EL发光峰位仅红移了0.56nm(7.8meV)，表明我们制备的GaN/AlN量子点紫外LEDs具有良好的发光波长热稳定性。