GaN基稀磁半导体材料(diluted magnetic semiconductor，DMS)作为最有希望获得室温以上铁磁性的稀磁半导体材料，近年来在自旋电子学领域受到了广泛关注和研究。GaN基材料具有优良的半导体性能和产业化应用基础，与磁学性能相结合有望研制出集成磁、光、电特性于一体，并具有速度快、功耗低、集成度高和非易失性等特点的新型多功能自旋电子器件，在量子计算、量子通讯等现代信息技术领域有十分重要的应用前景。然而，目前国际上对GaN基稀磁半导体材料的研究仍处于前期探索研究阶段，存在许多尚未解决的关键科学技术问题。　　 本文重点对GaN基高居里温度稀磁半导体材料的制备与性能进行了研究。实验中采用双能态离子注入工艺，分别选用两类不同的磁性掺杂元素，深入研究了不同磁性掺杂元素、载流子浓度、磁性离子浓度与GaN基稀磁半导体的结构性能和磁学性能的关系。并在此基础上，开展了基于GaN基稀磁半导体材料的自旋发光二极管原型器件的探索性研究工作。本论文取得的主要结果如下：　　 1，比较了两类不同的磁性掺杂元素-过渡族金属元素Mn、Cr和稀土族金属元素Gd、Sm掺入GaN后对GaN材料结构性能和磁学性能的影响。其中稀土族元素Gd、Sm在掺杂浓度极低的情况下(约0.1％)，得到的DMS样品磁化强度量级与过渡族元素Mn、Cr掺杂3％左右的GaN基DMS相同，说明两类DMS样品中可能存在完全不同的磁耦合机制。在相同注入条件下，Cr掺杂GaN样品的饱和磁化强度大于Mn掺杂GaN样品，Sm掺杂GaN样品的饱和磁化强度显著大于Gd掺杂样品。　　 2，通过对Cr离子注入到导电类型不同的GaN薄膜表而的研究发现，饱和磁化强度与样品的初始载流子浓度大小密切相关，n型和 p型GaN样品注入Cr离子后形成GaCrN薄膜的磁化强度均显著大于非有意掺杂的样品，说明样品中存在与浅施主或浅受主杂质能级相关的磁相互作用。　　 3，首次以Sm作为磁性掺杂元素，研究了Sm离子浓度对(Ga,Sm)N薄膜结构和磁学性能的影响。X射线衍射测试表明Sm掺杂浓度最高的样品(6×1019atom/cm3)在GaN(0002)峰左侧有展宽，出现3个小卫星峰，可能与高剂量离子轰击所产生的Ga、N间隙离子造成的晶格膨胀有关。磁性测试表明所有样品在室温下都有明显的磁滞现象，居里温度超过350K。通过饱和磁化强度计算得到的Sm离子有效磁矩(82μB)远大于其原子本征磁矩(1.55μB)。且离子有效磁矩数值随着Sm掺杂浓度的升高而单调降低。Sm掺杂GaN所产生的巨磁矩效应源于Sm原子对本底GaN原子的长程自旋极化作用。　　 4，首次研究了离子注入温度和退火条件对Sm掺杂GaN基DMS样品的结构和磁学性能的影响。研究发现提高注入时温度有助于恢复注入损伤，改善晶体质量，提高Sm离子的晶格替位率，从而增大样品中Sm原子对本底GaN原子的有效自旋极化作用。后期的高温退火进一步减小了注入层中的缺陷浓度，但样品中的饱和磁化强度较退火前有所降低，可能源于高温退火时表面GaN层的分解造成。　　 5，设计了新型的GaN基Spin-LED器件结构，首次选用(Ga，Sm)N薄膜作为Spin-LED的自旋极化层，利用Sm原子对周围本底GaN原子的自旋极化作用，增大材料的自旋极化率；采用MOCVD结合双能态离子注入技术制备了Spin-LED原型器件。后期的性能测试表明，制备的n-LED样品量子阱发光较弱，存在强度很高的深能级杂质发光。Sm离子注入后，引入了大量的非辐射复合中心，从而抑制了GaN和InGaN/GaN量子阱发光。