石墨烯具有的优异物理和化学性质使其自被发现以来就获得产学研界的广泛关注与研究。目前制备石墨烯的方法众多,在这众多制备石墨烯的工艺方法中,等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)脱颖而出,它具有制备温度低,速度快的特点,能够更灵活的选择衬底材料。基于PECVD技术在非催化衬底上制备石墨烯已经成为一个重点研究方向。氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料,由于其优异的光电性能及稳定性,使其在高频高功率电力电子器件和5G通讯等方面具有广阔的应用前景。GaN同质衬底的缺乏使得GaN的制备依旧依靠蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)和碳化硅(SiC)等异质外延材料,异质外延不可避免会带来晶格失配和热失配影响晶体质量,进一步影响GaN器件的性能。石墨烯由于层间是范德华作用,石墨烯上外延GaN不仅能消除晶格失配的影响,提升薄膜的晶体质量,还能允许薄膜从石墨烯上剥离并容易转移到其它衬底。因此,在基于PECVD制备的石墨烯上外延GaN具有重要意义。本论文针对在Al2O3衬底上使用PECVD制备石墨烯,并通过磁控溅射在石墨烯上制备氮化铝(AlN)缓冲层以及使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)进一步制备GaN薄膜进行了系列研究。取得了如下结果:1.基于PECVD技术,通过控制生长温度、离子源功率和气体流速揭示了石墨烯的表面形态和缺陷类型的演变。研究结果显示,可以通过改变离子源功率来调整缺陷类型,当离子源功率从40 W增加到200 W时,缺陷类型会从空位型变为边界型。在大约700℃的生长温度和大约60 W的离子源功率下可以获得2D石墨烯。随着温度的升高或离子源功率的增加,石墨烯的形态将从2D转变为3D。将所制备的石墨烯的表面形态与其疏水性进一步相关,随着石墨烯的结构从2D变为3D,石墨烯的接触角从78°变化至132°,表面形态与接触角展现了很好的相关性。2.在石墨烯/蓝宝石衬底上基于磁控溅射AlN缓冲层和MOCVD外延技术生长了 GaN薄膜,揭示了石墨烯的形貌对AlN和GaN的影响。研究结果表明,AlN的表面形貌对石墨烯的形貌具有继承作用。不同形貌的AlN/graphene/Al2O3衬底上得到的GaN表面形貌有差异,具有结构的AlN/graphene/Al2O3衬底上得到不规则的GaN柱子,而表面平坦的AlN/graphene/Al2O3上得到的GaN合并度更高。进一步通过对GaN材料的表征研究了石墨烯上外延GaN的界面态、晶体取向,揭示了缺陷的产生与演化机理。研究结果表明由于石墨烯的存在,Al2O3衬底与GaN之间出现了 30°转角。通过TEM在微观上发现位错主要为混合位错,并且存在晶界。位错主要起源于GaN岛区域和孔洞处,由相邻的不同取向GaN岛生长合并时产生。面内不同扭角的GaN合并形成晶界。这将对在石墨烯上制备高质量的GaN薄膜具有指导意义。综上所述,本文针对石墨烯的表面形态和缺陷类型随生长参数的演变,石墨烯表面形貌对外延氮化镓的影响,以及石墨烯上氮化镓的界面态、晶体取向和缺陷的产生与演化机理进行了相关探讨,研究结果有助于可控制备2D或者3D结构的石墨烯,表明了在石墨烯上制备氮化镓薄膜需要2D石墨烯,同时阐明了石墨烯上外延氮化镓位错和晶界的起源。