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AlGaN材料在光电子和微电子领域都有着重要地位，可被用于紫外发光二极管、紫外激光二极管、紫外探测器和高迁移率晶体管（HEMT）等器件。AlGaN基材料的生长以及应力控制问题是III族氮化材料研究中的难点和热点问题。实现高质量AlN材料对获得高质量AlGaN材料具有非常重要的意义。本论文系统研究了基于蓝宝石衬底的AlN晶体等离子体辅助分子束外延（PA-MBE）生长机理；同时研究了不同应力的SiNx对AlGaN/GaN异质结应力状态的调控作用。首先，研究了氮化温度和时间对AlN晶体质量的影响，发现高温下较长时间氮化有利于降低AlN外延层中的位错密度。X射线光电子能谱测试表明，高温长时间氮化在蓝宝石表面生成更完整的AlN晶体结构，可提高外延晶体质量。接着，研究了成核层厚度对AlN晶体质量的影响，发现其厚度存在一临界值。大于此值时刃型位错密度随厚度增加而上升，螺型位错密度则呈相反趋势。分析认为：成核层厚度较大时，较大的成核层晶岛体积，有利于减少螺型位错；成核层厚度较小时，较低的成核层晶岛密度，有利于抑制刃型位错的产生。之后，细致优化了主外延层的V/III比条件，分析并阐明了V/III比对应的主外延层初始生长模式对表面形貌以及不同类型位错的影响机制。利用优化的V/III比条件，实现了4μm高质量AlN材料的生长。采用并优化了插入层结构，实现了晶体质量和表面形貌的全面优化。透射电镜测试结果显示，带有50 nm插入层的1μm AlN样品中，穿透至表面的螺型和刃型位错密度分别低至5×107和6.5×109 cm-2。5×5μm2面积均方根（RMS）粗糙度低至0.4 nm。此外，研究发现使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法在高频条件下沉积的SiNx薄膜可以提高AlGaN/GaN材料二维电子气（2DEG）特性和HEMT器件直流性能并抑制电流崩塌；而低频条件制作的SiNx薄膜则使2DEG特性全面劣化，器件永久失效。分析认为这是因为前者对AlGaN层的附加张应力和对表面态的钝化作用，而后者的劣化效果源于其对AlGaN层的附加压应力和沉积过程中的低频损伤。