采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备了不同Al组分含量的2μm厚AlxGa1-xN外延膜, 通过透射电镜定性分析了外延膜中的位错和缺陷, 通过高分辨X射线衍射试验对AlxGa1-xN外延膜进行ω/2θ扫描, 结果显示外延膜为六方晶系纤锌矿结构, 通过对对称面和非对称面的晶面间距进行修正精确计算了外延膜晶格常数, 并由此对应变进行定量分析, 四个不同Al组分的AlxGa1-xN外延膜样品的四方畸变值随Al含量的增大而逐渐减小, 并且均小于零, 在水平方向上均处于压应变状态。

采用蒙特卡罗理论模拟加速电子在氮铝镓晶体薄膜中的运动轨迹，研究加速电压与高能电子所能达到样品深度的数学关系，并通过紫外可见光透射法获得晶体薄膜的光学厚度。根据理论模拟结果，选择合适于本样品的加速电压、电流与电子束直径等实验条件，电子探针波谱法测定AlxGa1-xN薄膜中铝元素含量，由两个电子探针实验室进行分析，每个实验室测量6个样品，共12个样品。从重复性测量、X射线强度、物理参数、校准用标准物质及仪器检测限等因素，对电子探针波谱法测量AlxGa1-xN薄膜材料中铝含量的测量不确定度进行分析。研究结果表明电子探针波谱法测量AlxGa1-xN晶体薄膜组分（x=0.8）的相对测量不确定度为2.7×10-2，包含因子k=2。

采用深紫外光致发光技术测量AlxGa1-xN半导体异质外延膜的禁带宽度，结合Material Studio软件中的CASTEP模块模拟计算AlxGa1-xN异质外延膜材料的弯曲因子，测定了AlxGa1-xN外延膜样品中的Al元素物质的量分数。结果表明，发射波长为224.3 nm的HeAg激光器能够激发AlxGa1-xN半导体材料产生发光现象。CASTEP软件模拟计算得到AlxGa1-xN的弯曲因子为1.01462±0.06772 eV，认为其弯曲因子在1.0 eV附近，由此可以理论计算得到具有Al组分梯度的一系列AlxGa1-xN外延膜样品中的Al元素物质的量分数。