基于Ⅲ族氮化物材料的深紫外发光二极管（LED）具有体积小、低功耗、寿命长、波长可调和环境友好等优点,有望代替传统的紫外汞灯光源,在水、空气净化、表面杀菌、生物探测等领域发挥重要的作用。但是由于材料内部位错密度较高、极化效应强、横磁模（TM）模式出光困难和载流子注入效率低等问题,目前深紫外LED的光输出功率和量子效率还较低。本文围绕以上关键科学问题,深入研究了大失配应力下氮化物薄膜材料的表面演化规律和位错过滤机制,探索了强极化电场下深紫外LED的量子阱结构设计及载流子调控技术,取得了系列成果。本论文主要的研究内容与成果如下:（1）在平片蓝宝石衬底上发展了位错过滤层技术来调控AlN薄膜的位错密度。原子力显微镜（AFM）测试发现位错过滤层的加入可以将AlN薄膜的愈合深度从0.4μm提升到2μm左右。较长的愈合过程使得更多的位错被弯曲湮灭,最终获得的AlN的（002）和（102）面摇摆曲线半高宽分别为140和267 arcsec,对应位错密度约为7.6×10~8cm-2。在此高质量的AlN模板上生长的深紫外LED器件的工作电压降低了0.3 V,光输出功率提升了40.4%。此外还研究了晶粒取向控制层对于图形化蓝宝石衬底上AlN薄膜的成核和生长过程的影响。测试结果表明晶粒取向控制层可以减小AlN材料在衬底图案区域各方向上生长的各向异性,消除AlN薄膜表面的六角柱。最终AlN薄膜的（002）和（102）面摇摆曲线半高宽从300和309 arcsec降低至165和185 arcsec,对应位错密度约为3×10~8 cm-2。（2）在极性面AlGaN材料外延生长方面,本章提出了组分渐变插入层来减小AlN/AlGaN薄膜界面的晶格失配应力,降低AlGaN材料的位错密度。生长所得的AlGaN薄膜的（002）面和（102）面的摇摆曲线半高宽从447和594 arcsec降低至334和441 arcsec,对应位错密度分别从3.5×10~9cm-2降低至1.7×10~9 cm-2,表面粗糙度从3.21 nm降低至1.20 nm。此外,还探索了SiNx插入层对于非极性面AlGaN材料的材料物性的影响。SiNx掩膜层可以改变AlGaN材料的生长模式,降低非极性面AlGaN材料晶体质量的面内各向异性和表面粗糙度。（3）系统研究了强极化电场下深紫外LED的量子阱厚度对其光输出功率的影响。模拟计算结果表明随着量子阱厚度的增加,其内部的极化电场逐渐增加,波函数重叠率逐渐减小。当深紫外LED的量子阱厚度为2 nm时,LED的外量子效率最高。此外本文还成功设计并外延生长了峰值波长249 nm,TE出光模式为主AlN/GaN短波长量子阱结构。当缩小GaN量子阱的厚度时,强烈的量子限制效应会改变量子阱中的微带结构排布,从而提高量子阱的有效带宽。最后,设计和生长了具备AlGaN/GaN/AlGaN复合电子阻挡层结构的深紫外LED。实验测得具备复合电子阻挡层结构的深紫外LED的光输出功率提升了25.3%。模拟结果显示复合电子阻挡层结构可以将深紫外LED的空穴注入势垒从409.3 meV降低到378.6 meV。这使得更多的空穴可以注入到量子阱中,从而增加了量子阱的辐射复合速率。