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近年来,发光二极管(LED)被越来越广泛地应用到照明领域中。为了获得更高的器件性能,以Ⅲ族氮化物为代表的第三代半导体材料被用于制作LED并得到了迅速发展。特别是非极性Ⅲ族氮化物因其能很好地消除量子阱中的量子限制斯塔克效应,可以大大提高LED器件的发光效率,因而受到越来越多的关注。本文主要使用金属有机物气相外延技术(MOVPE)在蓝宝石衬底上进行非极性GaN基Ⅲ族氮化物的生长探索,研究其最佳的生长条件,特别是Si掺杂对其性能的影响。本文主要研究内容如下：(1)分别在a,m,r面蓝宝石衬底上进行了GaN的生长工艺的研究。通过对生长工艺的优化在不同晶向的蓝宝石衬底上均得到了表面平整的GaN晶体薄膜,并且由XRD的扫描结果获知在a,m,r面蓝宝石衬底上生长得到的GaN分别为极性(0001),半极性(1122)和非极性(11 20)取向的晶体。在a面蓝宝石衬底上进行生长时主要对成核层(A1N)的Ⅴ/Ⅲ比进行调试,结果发现随着Ⅴ/Ⅲ比的增加,晶体质量也得到提高。在m面蓝宝石衬底上进行生长时采用与在a面蓝宝石衬底上进行生长相似的生长条件。而在对r面蓝宝石衬底上生长非极性GaN的生长工艺进行优化时对比了不同成核层对晶体质量的影响,发现采用单层高温AlN成核层时晶体质量最好。(2)研究了在r面蓝宝石衬底和m面蓝宝石衬底上分别生长非极性(11 20)和半极性(11 22) AlGaN的生长条件。通过实验发现,非极性(11 20) AlGaN的表面形貌和晶体质量并不是正相关的。也就是说好的表面形貌和好的晶体质量很难同时获得。在使用AIN/GaN复合成核层时,当A1N生长温度为1050℃,Ⅴ/Ⅲ比为10000,GaN生长时间为15分钟时,外延层获得最平整的表面形貌,但晶体质量较差；而在使用高温AlN成核层时,当AlN生长温度为1050℃,Ⅴ/Ⅲ比为2567,GaN生长时间为30分钟时,外延层获得最好的晶体质量,但表面形貌却较差。同时还发现使用高温A1N成核层和较高的AlGaN生长温度对于改善非极性(11 20) AlGaN外延层的晶体质量很有帮助。另外也发现使用A1组分逐次降低的多层AlGaN作为缓冲层能够有效地改善半极性(11 22) AlGaN材料的晶体质量。(3)研究了Si掺杂分别对在c, a, m, r面蓝宝石衬底上生长的AlGaN薄膜的结构性质、电学性质以及光学性质的影响。结果均显示Si掺杂能够有效地改善分别在a面和m面蓝宝石衬底上生长的极性和半极性AlGaN薄膜的晶体质量。而由于Si掺杂提高了在a面蓝宝石衬底上生长的AlGaN晶体的质量,故随着Si掺杂浓度的提高,AlGaN的电子浓度和电子迁移率同时增加。特别值得注意的是,未掺杂的半极性AlGaN具有高达6.3×1017cm-3的电子浓度,这对制备高性能的UV-LED是非常有益的。此外,发光光谱显示,随着Si掺杂浓度的增加,在c面蓝宝石衬底和a面蓝宝石衬底上生长的极性AlGaN薄膜的黄带分别出现了蓝移和红移。而非极性AlGaN的黄带位置几乎不受Si掺杂的影响。