本论文主要就GaN材料体系开展了以下研究工作：一方面是采用Si为衬底进行了GaN材料的生长和LEDs器件结构的研制，研究了Si基GaN的生长参数对外延层的影响，并取得了较好的结果。另一方面，针对GaN缺乏合适的同质衬底这一难题，进行了HVPE方法生长厚膜GaN材料的设备设计、设备制造、模拟计算和外延生长等初步工作。　　 主要研究内容如下：　　 1.首先，针对在Si(001)晶面上难以生长GaN单晶的问题，在MBE设备上首次采用新型材料γ-Al2O3作为生长过渡层来解决这个难题。由于γ-Al20.能够缓解GaN与Si(001)之间的晶格失配，并具有良好的高温稳定性等优点，适合作为GaN／Si(001)过渡层。实验结果证实该过渡层有效的解决了Si(001)上生长GaN存在的混相、不容易控制生长晶向、开裂等问题，生长出无裂纹、六方晶向的GaN外延层，为Si(001)衬底上生长高质量的GaN打下了基础。　　 2.研究了用MOCVD方法在Si(111)衬底上以AlN作为缓冲层生长的GaN外延层特性，特别是形貌特性。重点研究了AlN的厚度以及GaN生长温度对M0.VD原位生长的外延层表面形貌的影响。通过实验可以发现，生长Si基GaN需要选择合适的AlN厚度：如果AlN初期厚度过薄则无法有效的覆盖Si衬底，高温下Si和Ga的反应会腐蚀外延层。此外，GaN外延层生长温度对表面形貌的影响也非常大：温度高有利于岛合并形成二维生长，但是由于无法释放GaN／Si体系中巨大的张应力而产生高密度裂纹；温度低的生长结果为三维岛状形貌，虽然可以有效的释放应力，但是表面比较粗糙。　　 3.由于MOCVD生长AlN存在预反应、三维生长等问题，因此采用MBE生长的AlN／Si(111)作为模板，进行了GaN MOCVD生长研究。结果发现通过此方法，虽然能够获得平坦的GaN表面，但是由于高温稳定性等问题，仍然可以观察到外延层腐蚀现象。此外，讨论了V形缺陷的基本成因并采用高分辨TEM分析了V形缺陷生成的具体原因。　　 4.为了解决裂纹和位错密度高等问题，采用AlN／GaN超晶格作为缓冲层生长GaN。从超晶格理论入手分析了超晶格缓冲层如何缓解应力和位错，设计了外延结构参数。通过实验证明，插入AlN／GaN超晶格缓冲层成功的获得了近无裂纹的GaN外延层，可以有效消除Ga-Si造成的表面腐蚀，获得原子级平坦表面，并且大大降低了位错密度。实验还研究了超晶格插入组数对裂纹、位错、表面形貌的影响。此项研究对减少Si基GaN裂纹、位错密度和表面形貌起到了非常重要的作用。　　 5.在使用超晶格缓冲层的基础上，初步研制了Si基GaN绿光LEDs，实现了LEDs光致和电致发光。室温PL谱发光波长为514nm。　　 6.开展HVPE生长厚膜GaN的初步研究。首先为了实现高生长速率，并结合生长中可能遇到的问题，设计并制备了HVPE生长设备。由于HVPE生长GaN受热动力学控制，因此进行了温场模拟和热力学计算，针对不同生长参数计算了扩散机制下的生长速率，为实际生长提供了理论依据和反应趋势。最后给出初步的实验结果，结果表明设计的HVPE设备基本实现了GaN高速生长。