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近年来，随着GaN基低维量子结构外延技术的不断进步，AlGaN/GaN多量子阱结构子带间跃迁(ISBT)材料与光电器件逐渐成为Ⅲ族氮化物半导体领域的前沿研究方向之一。由于AlGaN/GaN多量子阱结构具有大的导带偏移，超快的载流子弛豫时间，很强的极化效应等特点，其ISBT结构在1.3μm及1.55μm的光通信波段和3-5μm的大气窗口波段有广泛的应用前景。主要应用之一是利用AlGaN基材料的带间跃迁和子带间跃迁同时实现280nm日盲紫外波段和3-5μm红外大气窗口波段双色光电探测单芯片集成，这是该材料体系独具的优势。本论文以获得对应于3-5μm红外大气窗口波段的高质量AlGaN/GaN多量子阱ISBT结构为目标，系统开展了GaN/Sapphire模板上AlGaN/GaN多量子阱结构的金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)外延生长和应力及缺陷控制研究。同时，基于生长的高质量AlGaN/GaN多量子阱结构，实现了AlGaN/GaN多量子阱的3-5μm子带间吸收和光电流响应谱。主要研究进展和成果如下: 1.在GaN/Sapphire模板上外延生长出对应于3-5μm红外大气窗口波段的高质量Al0.35Ga0.65N/GaN多量子阱结构。表面原子台阶清晰，3×3μm2表面粗糙度为0.15 nm，(0002)晶面X射线衍射ω-2θ联动扫描曲线中观察到-7级到+3级多量子阱卫星峰，截面高分辨透射电镜观察到量子阱的界面平直陡峭，组分均匀。 2.分别利用低温AlN插入层和AlN/GaN超晶格插入层两种应力调控插入层技术，解决了晶格失配的张应变导致多量子阱结构出现开裂的问题。X射线衍射倒易空间图显示，Al0.35Ga0.65N/GaN多量子阱在应力完全弛豫状态下高质量生长。对两种插入层不同的应力释放行为的研究发现，采用AlN/GaN超晶格插入层的样品应力释放转移机制是插入层中产生的预置裂纹和诱生的失配位错;而采用低温AlN插入层的样品是通过表面粗糙化和AlN插入层的压应变补偿作用共同起到应力释放的作用。 3.研究了应力调控的AlN/GaN超晶格插入层中预置裂纹的生长动力学过程，揭示了预置裂纹形成-聚拢合并-裂纹上方突起-横向扩展并与周围部分融合-形成台阶流生长模式的整个生长动力学演化过程。通过X射线能量色散谱(EDX)确认预置裂纹中填埋物的主要成分是GaN。由于Ga adatoms容易在表面迁移，超晶格插入层上方有意沉积的一层GaN过渡薄层，对填埋预置裂纹起到了关键作用。 4.对生长的AlGaN/GaN多量子阱结构进行了室温傅里叶变换红外吸收研究。发现样品对p光吸收而对s光不吸收，对偏振光的选择性吸收是由ISBT选择定则决定的，是判断多量子阱子带间吸收的重要标准。不同势阱宽度的样品吸收峰位于3.6-4.3μm范围内，随阱宽增加发生红移，吸收波长与理论计算结果相符。通过对比势阱中高掺杂与非掺杂的样品发现，高掺杂样品在4.3μm有明显的吸收峰，而非掺杂样品却观察不到这一吸收。这是由于非掺杂的样品费米能级处于量子阱基态以下，导致量子阱基态没有（或只有极少量）电子占据，无法吸收红外光形成子带间跃迁。这些实验结果证实我们实现了AlGaN/GaN多量子阱结构在3-5μm红外大气窗口波段的光吸收。 5.分析并解释了AlGaN/GaN量子阱红外探测器(QWIP)暗电流的独特I-V特性。对暗电流机制的研究表明，氮化物半导体中很强的极化电场造成的能带非对称性是导致暗电流I-V特性不对称的主要原因。通过分析暗电流的通道，发现加厚势垒宽度是抑制暗电流的重要途径。通过生长25 nm厚势垒多量子阱结构，把暗电流降低了2个数量级。利用红外黑体响应谱和红外光电流谱测试系统，对AlGaN/GaN QWIP器件进行了低温测试。红外黑体响应谱显示，在正向偏压大于0.8V时，探测器出现了红外响应。红外光电流谱结果显示，在2.5-3μm中红外波段出现红外响应的光电流。对红外光电流谱变温测试(2.5 K-100 K)结果显示，红外光电流峰强度在20-30 K时最强，且随着温度的增加发生蓝移，在100K温度仍可观察到红外光电流响应。