高效率的紫外线（UV）发光二极管（LED）和激光二极管在节能固态照明，微电子光刻技术，高密度数据存储，生物医学分析和环境科学等领域都有着极为广泛的应用前景，它的这些优良特性也吸引着研究者的极大兴趣。GaN，AlGaN基合金等III-V族氮化物半导体包括是目前开发紫外和深紫外发光二极管使用最广泛的材料。近来证明一个基于氮化铝的LED发光器件发出波长为210nm的深紫外光，已经证实来自于AlN的带边发光（带隙为6.2eV）。AlN基LED的210nm发光是迄今报道的所有种类的发光二极管中最短波长，同时这也引起研究者对氮化铝基的深UV光发射器件广泛兴趣。采用激光分子束外延技术，相同的实验条件下分别在c面蓝宝石和(111)MgO衬底上外延单畴(0002)AlN薄膜。 XRD θ-2θ和Φ扫描结果显示其关系为(0002)[11-20]AlN//(111)[0-11]MgO、(0002)[11-20]AlN//(0006)[01-10]sapphire。XRD ω扫描结果看出(111)MgO衬底上AlN外延膜的半高宽比蓝宝石衬底上小，晶体质量高。AFM二维表面图显示MgO衬底上薄膜表面为链接的六方凹坑，蓝宝石衬底薄膜表面表现为分立的凸起。MgO和蓝宝石衬底上生长AlN的粗糙度分别为1.5nm和0.64nm。用KOH刻蚀已生长的AlN薄膜表面发现蓝宝石衬底上薄膜表现表现为N极性，而MgO衬底上薄膜表现为Al极性。光学透过谱表明AlN薄膜具有很高的光学透过性。MgO和蓝宝石衬底上AlN薄膜的光学帯隙为5.80eV和5.93eV。依据Urbach的经验公式计算AlN/MgO和AlN/sapphire的EU值分别为0.27eV和0.53eV，较大的EU值显示了N-polar AlN薄膜拥有更多的非晶成分和缺陷或杂质。以上结果表明，Al-polarAlN薄膜相对于N-polarAlN薄膜含有更少的杂质/缺陷，具有更高的晶体质量。光致发光测试发现薄膜仅在378nm附近有一个荧光发出，对应的能量约为3.27eV。分析原因主要由N的缺陷O杂质或反位缺陷等深能级跃迁辐射产生。最优条件下，在Si衬底上制备了单一取向(0002)AlN薄膜，并在此基础上制备Au/(0002)AlN/(111)Si/Al异质结，探究其电学性质。I-V特性曲线表明，结构具有很好的整流特性。对室温下的I-V特性的log-log曲线进行拟合发现电流的传输分三个阶段：电流和电压的线性关系阶段，此阶段电流主要由隧道电流传输主导；宽带隙材料中常见的空间电荷层的重组阶段；重组后电路等效为串联电阻阶段。后两个阶段符合空间电荷限制传导机制。通过对阻抗（Cp-V，Gp-V）特性曲线的转化，分析了(0002)AlN/(111)Si界面的态密度分布情况。结果表明界面态主要分布在距离Si衬底的价带顶~0.25eV附近，主要由浅能级缺陷或杂质组成。异质结的界面态密度约为1.1×10-12cm-2，此结果包含在关于Si衬底界面态密度范围中，介于带有自然氧化层和经过氢气钝化两种Si衬底界面态密度的中间。Au/(0002)AlN/(111)Si/Al异质结电致发光谱表明正向偏压下有波长为475~545nm的青绿光发射，发光中心在约518nm，对应复合能量为E=2.40eV。为AlN薄膜的深能级杂质或缺陷复合发光。反向偏压时未能检测到光的发出。由于Si和AlN薄膜之间具有较大的晶格失配，设计Si/AlN之间插入MgO电子阻挡层，降低界面的缺陷并提高异质结的发光效率。采用PLD技术，在Si衬上制备了较高晶体质量单一取向的(100)MgO薄膜。并制备了含有(111)晶向的多晶MgO薄膜，其晶向为(111)，(100)和(110)。采用本实验室最优条件在制备好的多晶MgO薄膜上生长(0002)单一取向的AlN薄膜，并在此基础上成功制备了Au/AlN/MgO/Si/Al p-i-n结构。对AlN/MgO/Si结构I-V特性曲线拟合发现，电流传输符合空间电荷传输机制。为了进一步了解结构的界面性质我们探究了不同厚度的MgO层对AlN/Si界面的影响，结果发现MgO层的插入降低了AlN/Si异质结的界面态密度，提高了界面的稳定性。MgO层的厚度为20nm时，结构的界面态密度最小约为7.8×1011~1.3×1012cm-2。电致发光结果显示MgO层的加入增加了结构的串联电阻，发光中心从~510nm转向~534nm，使界面态向深能级部分转移，使电致发光位置发生红移。