氮化铝(AlN)具有高达6.2 eV的直接宽带隙，并且热导率高、表面声速大、抗腐蚀能力强、机械硬度大，是制备光电子和微电子器件的理想材料。然而目前AlN基器件的应用价值并没有得到完美的实现，主要原因有三点:一是难以获得高质量、大尺寸的AlN单晶外延衬底;二是难以实现高质量的AlN同质pn结，尤其是高效的p型掺杂;三是AlN在强光场等应用环境下的物性还没有得到清晰透彻的认识。本论文基于自发形核和自籽晶生长AlN单晶的经验，结合AlN基器件在应用中遇到的问题，解决了自籽晶生长过程中出现的多晶沉积问题并实现了AlN单晶的等径和扩径生长;从理论上验证了Be∶O共掺手段实现AlN高效p型掺杂的可行性;针对强光场下将会显露的三阶非线性光学性质进行了研究。以下是本论文的主要研究内容和研究结果:　　第一，针对AlN晶体生长过程中失重蒸发比过高和原料提纯处理中出现淡绿色烧结料的问题进行了研究，并在此基础上提出了多晶沉积限制单晶等径及扩径生长的解决方案。通过调整影响失重蒸发比的主要因素，成功将失重蒸发比由71％降低到20％，原料利用率由29％提高到80％，从而有效保证晶体增厚，减缓生长功率补偿速度，减少晶体接长次数和二次形核的概率。淡绿色烧结料主要源于过多的碳杂质，因此在原料处理时应避免使用过高的功率并改善碳化钽坩埚的密闭性。针对籽晶周围多晶沉积的问题，设计了几种物理约束生长技术方案并进行了验证分析。结果表明:籽晶拼接生长目前并不适用，因为自籽晶生长得到的高质量晶片难以保证取向严格一致。圆台结构生长在一定程度上对减缓多晶影响有效，但是圆台高度的设计涉及因素较多，而且多数情况下只能实现等径生长;锥形坩埚生长有扩径效果，但是预设参数有时需要牺牲部分籽晶来与之匹配，而且晶体尺寸不足以与坩埚直径相当;钽筒约束生长灵活度较高，能够限制籽晶周围多晶沉积，是目前生长较为适合的方法。　　第二，在解决上述晶体生长相关问题的基础上，我们得到了多个边缘无多晶沉积、直径在28 mm～30 mm之间的AlN晶圆，其中最好晶圆单晶面积约为520mm2，相当于直径26 mm大小。XRD测试表明目前得到的AlN晶片主要由(11-22)晶面构成，但晶片切割表面与(11-22)晶面存在一定夹角。c面AlN样品的压电系数d33测量值为5 pm/V，与实验报道值相符。比热测试拟合的德拜温度为975.66 K，与本课题组前期实验值及理论值均一致。测试结果表明我们生长的AlN单晶样品质量良好。　　第三，利用第一性原理计算针对Be∶O共掺实现p型AlN的可行性进行了研究。结果表明:Be∶O共掺情况下，O原子至多可以与2个Be原子结合，形成Be2-O复合体并稳定存在，Be3-O和Be4-O复合体均不能形成，并且受主电离能可以下降到0.11 eV，比单掺Be时降低0.16 eV，从而可以使空穴浓度提高2～3个数量级。受主电离能下降的主要原因是Be-O复合体在价带顶引入填满的能级，同时掺入的Be、O原子与Al、N原子的相互作用使得能带展宽，价带顶上移，电子跃迁至受主能级所需的能量降低。　　第四，利用单光束Z-scan技术针对AlN的三阶非线性光学性质进行了研究。当入射光波长为355 nm时，AlN在开孔情况下出现双光子吸收，其双光子吸收系数为13±3 cm/GW，是一个在紫外波段较大的数值;在闭孔情况下出现自散焦效应，其n2为负，数值为-(1.91±0.38)×10-13 cm2/W，比同波段下其他材料的非线性折射率高约3个数量级，主要归因于双光子吸收诱导的自由载流子的影响。当入射光波长为532nm和1064nm时，开孔情况下无明显信号，闭孔情况下两者均显示出自聚焦效应，n2均为正，数值分别为(1.79±0.36)×10-13 cm2/W和(1.61±0.32)×10-12 cm2/W，数量级与355nm情况下一致，主要归因于氧等杂质导致的能隙变窄效应及可能存在的陷阱中心。