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宽禁带Ⅲ—Ⅴ族氮化物半导体材料在短波长发光器件、短波长激光器、光探测器以及高温、高频和大功率电子器件等方面有着广泛的应用前景而备受关注，发展十分迅速。由于GaN体单晶难于制备，目前商品化的GaN器件材料都是生长在蓝宝石衬底上或SiC衬底上，但蓝宝石的绝缘性及高硬度使器件制作更加复杂，而SiC价格很高，这都使器件的生产成本上升。相对蓝宝石和SiC而言，Si材料具有低成本、大面积、高质量、导电、导热性能好等优点，且硅工艺技术成熟，Si衬底上生长GaN薄膜有望实现光电子和微电子的集成，因此Si作为GaN薄膜衬底具有重大的应用价值。 本文采用MOCVD系统，围绕Si衬底上GaN材料生长及LED器件的制作展开研究。一方面根据Si衬底上生长GaN的难点分别提出了相应的生长方法，另一方面是根据Si衬底的特点进行器件制备研究。通过对材料及器件性能的分析，取得了一些有创新的成果： 1、研究了生长AlN缓冲层前在Si(111)衬底上铺Al的三种方式对GaN外延材料的影响。此项研究表明，Al在Si衬底上的堆积情况对GaN外延层的质量及表面形貌有很大的影响，若堆积不好，会使外延层的质量及表面形貌变差。DCXRD和TEM测试表明，用反应室原位铺Al的方式在Si(111)衬底铺Al，可以有效地抑制SiN_x的形成，而且GaN材料表面平整，结晶质量好。 2、研究了AlN缓冲层生长厚度对GaN外延层的影响。实验结果表明：AlN缓冲层厚度有一合适范围，AlN缓冲层太薄达不到阻挡Ga滴回熔的作用，太厚达不到消除外延层部分应力的作用。AlN缓冲层厚度对外延层质量的影响表明：Si衬底上铺Al只能在开始生长AlN缓冲层的瞬间起阻挡SiNx形成的作用，真正在生长过程中起阻挡SiNx形成及Ga滴回熔的还是AlN缓冲层。 3、把本实验室在蓝宝石衬底上使用的偏离化学计量比的高温GaN缓冲层的思想用于Si(111)衬底GaN外延膜生长，大大提高GaN／Si外延层的结晶质量。