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近年来，宽禁带半导体材料GaN在短波长发光器件、光探测器以及抗辐射、高频和大功率电子器件方面的广阔应用前景而备受关注，发展十分迅速。由于其体单晶难以制备，生长高质量的单晶薄膜材料是研究开发GaN基器件的基础。目前，蓝宝石是GaN异质外延最常用的衬底材料，其制备工艺成熟，但蓝宝石本身不导电，解理较为困难，且价格昂贵。相比较而言，Si则是一类极具发展潜力的衬底材料。Si价格便宜，且易于获得大尺寸材料和制作电极，更为诱人的是，成功的在Si衬底上生长GaN，可以将GaN基器件集成到硅基大规模集成电路中去。因而，开展Si基上的GaN薄膜材料的外延生长具有极其重大的应用意义。但目前硅基生长GaN还存在几个主要困难 1)Si与GaN的晶格常数失配和热膨胀系数失配较大。2)Si与GaN之间的浸润性差。3)在生长氮化物过程中容易形成Si3N4。因此，很难直接在硅衬底上制备出高质量的GaN单晶。为了克服这些困难，两步生长技术已被广泛采用：即在Si衬底和GaN薄膜之间首先生长一层缓冲层，再外延生长GaN，结果表明使用缓冲层可以大大提高薄膜的质量，还会引起一些新的效应。 在本论文中，我们利用磁控溅射的Al2O3作为缓冲层在Si（111）衬底上制备GaN膜，这首先可以解决以上提到的三个困难；另外，在硅与GaN之间引入一层α-Al2O3绝缘层对于实现硅-绝缘体技术和三维集成电路有很重要的意义，同时此法所用Al2O3量少，解决了成本高的问题；本文详细叙述了薄膜的制备过程，探索了薄膜的制备条件和工艺参数对摘要薄膜的结晶质量和表面形貌的影响，并找出了用此方法制备GaN薄膜的最佳生长参数。并且还研究了薄膜的发光特性，初步探讨了其发光机制。另外采用热壁化学气相沉积法在硅衬底上制备GaN晶体膜也是本文研究的主要内容。门，成功的利用两步生长法生长了GaN薄膜，即先利用磁控溅射在硅 衬底上溅射一层A1203膜作为缓冲层，再在上面溅射一层Ga203膜， 然后将溅射好的样品在氨气气氛中氨化反应自组装制备GaN膜。（2、将一小块蓝宝石靶在相同的退火条件下在氨气气氛下退火，X一射线 衍射谱（XRD）表明A玩03在此条件下没有同NH3发生反应，仍为 A12O3，这说明在我们的生长系统中使用的缓冲层确实为A1203。（3）利用傅里叶红外透射谱（FTIR），X一射线衍射谱（XRD）以及X射 线光电子能谱（XPS）确定了生成的薄膜为六方纤锌矿GaN。利用 扫描电子显微镜（SEM）观察了样品的表面形貌，利用荧光光谱（PL） 研究了样品的发光特性。（4）研究了生长条件和工艺参数即:缓冲层厚度，氨化温度及氨化时间 对薄膜的结晶质量和表面形貌的影响，并找出了用此方法制备GaN 薄膜的最佳生长参数。 缓冲层厚度对GaN薄膜的性质影响很大:缓冲层太薄，则不足 以完全疏解硅衬底和氮化嫁外延层之间因晶格常数和热膨胀系数失 配引起的应变，从而使薄膜的晶化质量和表面形貌都不是很好;缓 冲层太薄，则不能为GaN薄膜的提供表面平滑的异质结生长面，从 而也降低了薄膜的晶化质量和表面形貌。用此方法生长GaN薄膜的 最佳缓冲层厚度为15nm。 氨化温度和时间对样品的晶化质量和表面形貌也有很大影响。 分析结果表明对于在900℃下退火15分钟的样品，其晶化质量和表 面形貌最好。 （5）研究了生长条件和工艺参数即:氨化温度及氨化时间对薄膜的发光 II摘要交6）特性的影响。样品的荧光光谱在347nm左右有一强发光峰，在412nm左右有一弱发光峰。改变氨化时间和温度，这两个发光峰位置都没有随之发生移动，只是发光强度发生了变化。而且发光峰的强度随着氨化温度的升高和氨化时间的增长而增强。我们认为347nm左右的峰是GaN的带边发光峰由于薄膜中晶粒尺寸的减小而蓝移造成的，而412nm左右的发光峰则来源于导带到杂质受主能级的辐射复Z从 在缓冲层厚度为 IOnm，在950℃下氨化15分钟后的样品表面出现了大量纳米线结构，对其进行了测试分析，结果表明这些GaN纳米线，呈现平直和象牙链状两种形貌，象牙链状纳米线为纳米微晶粒和直单晶纳米线的过渡状态。 在硅衬底上用热壁化学气相沉积的方法生长GaN薄膜。对不同生长方案的样品作了测试分析;结果表明:用此方法制备GaN薄膜，单纯以NH:做反应气体很难得到致密的GaN薄膜，但在NH3中加入少许H:作反应气体时薄膜结晶质量，表面形貌和发光特性都有很大提高。同时我们利用热壁cvD法还制备出了GaN粉末以及si3N4纳米管，并对它们进行了表征。