氮化镓是第三代半导体代表材料之一,凭借其优异的性能,如禁带宽度大、电子漂移速度高、介电常数小及导热性能好等,在电子电力、微波通信、光伏逆变和照明等领域有着广阔的应用前景。单晶氮化镓是典型的硬脆难加工材料,目前单晶氮化镓衬底的加工仍采用传统的机械研磨/抛光与化学机械抛光（CMP）的加工工艺。而由于受到游离磨料研磨时去除机理的固有限制,研磨的材料去除效率难以提高。显然加工单晶Ga N衬底时,使用机械研磨作为CMP的前道工序并不理想。亟需找到一种加工工艺可以实现单晶Ga N衬底的经济、高效、超精密加工。基于此,针对单晶氮化镓易发生层状剥离的特性,本文提出使用纳米磨削工艺代替机械研磨。那么理解单晶氮化镓在固结磨粒作用下的形变及去除机理就尤为重要。因此本文开展纳米划痕与纳米磨削实验以探究单晶氮化镓的形变机理与材料去除机制,为后续纳米磨削工艺优化提供理论基础。论文的主要研究工作概括如下:进行单晶氮化镓不同载荷下的纳米划痕实验,发现单晶氮化镓弹塑性转变载荷阈值较高,且后续压痕/划痕的有限元仿真结果进一步证实了这一结论。同时,在划痕过程中,单晶氮化镓在法向加载较小时可以实现塑性去除,其塑性形变以横向与交叉滑移、位错、晶格畸变及晶粒扭转为主导。亚表面损伤层厚度与划痕过程中的切向力与法向力之比直接相关。变速率划痕实验结果表明,虽然划痕速率的提高没有实质改变单晶氮化镓划痕表面与亚表面的塑性形变机理,也没有对弹塑性转变产生明显影响,但高速划擦使得划痕表面与亚表面出现更多的塑性形变特征,且降低了塑性形变损伤层深度,因此高划痕速率有利于单晶氮化镓的塑性去除。为进行不同硬度砂轮优选,同时探究磨粒粒度和磨削参数（砂轮转速与进给速度）对单晶氮化镓磨削去除机制的影响,进行单晶氮化镓纳米磨削实验。结果表明:（1）中等硬度砂轮磨削后表面质量略优于软砂轮而明显优于高硬度砂轮磨削后表面质量;（2）不同磨粒粒度金刚石砂轮磨削后单晶氮化镓表面与亚表面呈现明显不同的材料去除机制。2000#砂轮磨削后表面为典型的脆塑共存表面,但主要以沿（0001）晶面的层状脆性去除形式呈现;6000#砂轮磨削后表面呈现明显的塑性流动去除形式;（3）层状去除现象与砂轮转速成正相关;在0.1μm/s～0.5μm/s之间变化的进给速度对磨削层状去除机制没有明显影响。