Ⅲ族氮化物是直接带隙半导体材料,具有禁带宽度可调、电子漂移速度快、击穿电压大、热稳定性好等诸多优势,是研制光电子器件和电力电子器件的理想材料。目前氮化物材料多是通过异质外延获得,晶格失配与热失配的存在以及生长过程中杂质的引入,使得氮化物材料含有大量缺陷,如pit、位错、点缺陷等。这些缺陷严重制约着器件的性能。为了进一步优化器件性能,获得长寿命、高可靠性、大功率GaN基器件,理解缺陷对氮化物材料性能影响十分必要。本文围绕氮化物中缺陷及其影响展开研究。通过紫外光辅助开尔文探针力显微镜(KPFM)研究了pit以及不同类型位错对GaN载流子输运的影响,并通过能带分析,解释了其物理机理;通过光致发光、正电子湮灭、二次离子质谱分析并结合第一性原理计算,阐明了AlN中点缺陷类型,揭示热处理温度对AlN点缺陷演变影响的机理。本论文研究所取得的主要创新性成果总结如下:(1)通过紫外光辅助的开尔文探针力显微镜(KPFM)测试在紫外光照和暗环境下非故意掺杂GaN的表面电势,系统的分析了V-pit(锥状底部)和U-pit(平坦底部)对GaN中载流子行为的影响。结果显示,V-pit和U-pit聚集大量电子,导致GaN表面载流子分布不均匀。在无光照中,同平面区域无光照电子浓度(n0)相比,V-pit和U-pit电子浓度升高,在其底部电子浓度分别为30n0和15n0。在紫外光照下,对于V-pit,锥状底部的电子浓度(4.93×1011n0)低于周围平面的电子浓度(5.68×1013n0)。对于U-pit,底部的电子浓度为1.35×1012n0,低于周围平面的电子浓度(6.13×1013n0)。根据非平衡载流子浓度与能带关系,阐明了pit缺陷引起载流子分布不均匀和复合速率的提升。(2)采用紫外光辅助KPFM与缺陷选择刻蚀结合的方法,实现对单一位错处载流子输运行为的表征。通过缺陷选择刻蚀,基于刻蚀坑形状分辨出螺位错、刃位错、混合位错,进一步结合紫外光辅助KPFM,表征单一位错处无光照及紫外光照下的表面电势。结果表明:螺位错生长过程中引入大量施主型缺陷,是主要的非辐射复合中心,也是造成器件暗电流的主要因素。刃位错和混合位错引入受主型缺陷,导致空穴聚集形成势垒,抑制位错处非辐射复合的发生。(3)通过光致发光谱(PL)、二次离子质谱(SIMS)、正电子湮灭结合第一性原理计算,研究高温热处理AlN中点缺陷的辨别、演变与光学性质。证明AlN中近紫外缺陷峰与[VAl-(ON)n]-3+n与ON之间载流子复合相关。高温热处理后O杂质浓度增加是造成近紫外缺陷峰增强的关键因素,[VAl-(ON)n]-3+n中n增加是导致缺陷峰复杂化增加并向高能端展宽的原因。O、Si、C等杂质随热处理温度的演变研究显示,热处理温度增加,气氛和蓝宝石衬底中O杂质扩散进入AlN,致使样品O杂质浓度增多。对于Si、C杂质,杂质向样品表面扩散,并从表面逐渐析出进入气氛中,样品表面杂质含量随热处理温度升高减少。在AlN蓝宝石界面,C、Si元素在热处理后由MOCVD-AlN与PVD-AlN界面向样品内部以及蓝宝石内部扩散,使样品整体杂质含量趋于均匀分布。