基于半导体P-N结的直接能量转换式同位素电池的研究最早开始于上个世纪50年代。随着微机械电子系统(MEMS)技术的快速发展,硅(Si)基、碳化硅(SiC)基直接转换式微型同位素电池正成为近10年来MEMS微能源领域的研究热点,并已经取得了初步成果。但更高禁带宽度的半导体氮化镓(GaN),由于受到材料生长技术水平的局限,虽有一些研究小组在做尝试性研究,目前为止并没有取得有意义的实验性结果。本文首创性的把补偿掺杂技术应用于GaN基微型同位素电池的研究中,详细介绍了基于第三代宽禁带半导体材料GaN的微型同位素电池的研制,内容包括辐射源辐射的Beta粒子在GaN材料中输运轨迹和能量沉积的蒙特卡罗模拟、电池参数设计、GaN材料生长、电池器件的实验制备、电池性能测试与分析等。通过补偿掺杂Fe,获得低电子浓度的N型氮化镓作为吸收层,补偿掺杂后的电池相比同种结构的非故意掺杂的电池,开路电压提高3倍,短路电流增大50％。通过对比补偿掺杂后不同吸收层厚度的P-I-N结构电池的输出,验证了理论模拟和电池参数设计的正确性。以63Ni作为辐射源,研制的2×2 mm2的GaN同位素微电池在0.5 mCi的低放射活度辐射下,开路电压最大高达1.65 V,最大转换效率达到1.1％。本文首次以实验的方式证实了宽禁带的GaN是一种更有前景的微型同位素电池换能材料,在微型同位素电池的研究领域具有积极的指导意义,对以后的研究和实际应用具有重大的借鉴价值。