随着氮化镓（Ga N）基发光二极管（LED）应用越发广泛,对器件性能的要求也越来越高,需要我们制备出高质量的Ga N外延薄膜以提升LED器件的光学性能和电学性能。当前我们生长Ga N材料主要是蓝宝石衬底上异质外延。由于Ga N材料与蓝宝石之间的晶格失配较大,因此在外延层中会产生较大的扩展缺陷,影响晶体质量。采用横向外延生长技术是提高晶体质量的一种有效方法,但它需要在Ga N生长过程中进行额外的制程工艺,导致其较高的生产成本和效率低下。目前,已经提出由横向外延过生长演变而来的技术,在提高晶体质量的同时可以减少额外的外部操作,例如图形化蓝宝石衬底（PSS）,原位Si N_x插入层技术。另一方面,蓝宝石衬底与Ga N材料的晶格失配不仅导致扩展缺陷的产生,还会导致Ga N外延层中应力的增加,激发量子限制斯塔克效应,使得光性能降低。解决这种问题的最有效方式是生长能够并入高铟组分的半极性（11-22）面Ga N。主要的工作与结论如下:1. 我们在PSS的基础上设计了Si O₂掩模的图案化蓝宝石衬底（SMPSS）,并在其上进行金属有机化学气相沉积而生长出具有超低穿透位错（TD）密度的c面Ga N外延层。这些图案表现为在c面蓝宝石周围周期性突出一层薄薄的蓝宝石基座,在其上沉积微米级Si O₂锥形。截面透射电子显微镜结果表明,在SMPSS上生长的Ga N膜具有8.5×10⁶ cm^-2的超低TD密度,比PSS生长的Ga N小一个数量级。2. 我们在标准原位沉积Si N_x插入层的基础上设计一种单Si N_x插入层的方法,在m面蓝宝石衬底上生长具有低缺陷密度的半极性（11-22）Ga N薄膜。半极性Ga N膜的X射线衍射摇摆曲线的线宽随着Si N_x沉积时间的增加而减小。横截面透射电子显微镜分析证实,该方法极大地降低了半极性Ga N膜的TD密度,降低至7×10⁸ cm^-2,这比常规沉积的Ga N薄膜小两个数量级。3. 我们在标准原位沉积Si N_x插入层的基础上还设计一种双Si N_x插入层的方法,在m面蓝宝石衬底上生长缺陷密度显著降低的半极性（11-22）Ga N薄膜。X射线摇摆曲线测量结果表明,半极性Ga N膜沿[11-23]和[10-10]方向均具有相对较低的半高宽,为0.119o。此外,透射电子显微镜分析证实,半极性Ga N膜的TD密度可显著降低,降低至6×10⁸ cm^-2,这比常规沉积的Ga N薄膜要小两个数量级。