近年来,Ⅲ族氮化物由于其优异的性能在功率电子和光电子领域的应用越来越广泛。到目前为止,绝大部分商用的Ⅲ族氮化物器件是生长在c面GaN上的。然而在c面GaN中存在的自发极化和压电极化带来的强内建电场阻碍了Ⅲ族氮化物的进一步应用。解决这一问题的一个可行性方案便是生长在生长方向上不存在极化电场的非极性GaN（a（11-20）面和m（10-10）面）。由于自支撑非极性GaN衬底价格昂贵并且尺寸又小,非极性GaN的异质外延对于大规模的工业生产是十分必要的。而在r面蓝宝石上生长a面GaN外延便是一个可行的方案。但在r面蓝宝石上外延的a面GaN中主要存在两个问题:一是高密度的堆垛层错和穿透位错;二是面内的各向异性（晶体质量和表面形貌的各向异性）。为了试图解决上述问题,在本论文中,一方面研究了直接生长在Si O₂条纹状r面蓝宝石图形衬底上的非极性a面GaN;另一方面证实了低温GaN插入层可以显著改善a面GaN的表面形貌。具体研究内容和实验结果如下:1. 系统研究分析了平行于GaN的[0001]方向和[1-100]方向的条纹状r面蓝宝石图形衬底对非极性a面GaN晶体质量的影响。当条纹方向平行于GaN的[0001]方向时,a面GaN的位错密度显著下降;当条纹方向平行于GaN的[1-100]方向时,a面GaN的层错密度显著下降。此外对比了两种条纹状图形衬底对a面GaN表面形貌的影响。2. 研究了3D层的生长时间对直接生长在平行于GaN的[0001]方向上的条纹状r面蓝宝石图形衬底上的非极性a面GaN的影响。优化生长条件后,晶体质量最好的a面GaN样品的X射线衍射摇摆曲线半峰宽（XRC-FWHMs）沿c轴和m轴方向分别为386 arcsec和289 arcsec。这一结果是到目前为止关于r面蓝宝石上生长的a面GaN最好的结果之一,证明了晶体质量的显著改善。本文利用了扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射倒易空间图（XRD-RSMs）、Williamson-Hall（W-H）分析和Raman光谱来表征与分析了生长过程和晶体质量改善的原因。此法是一种简便而又有效的生长高质量a面GaN外延的方法。3. 探索了低温GaN插入层对非极性a面GaN表面形貌的影响。低温GaN插入层的生长温度和生长时间是改善a面GaN表面形貌最重要的两个因素。相较于没有插入层的样品,a面GaN的均方根表面粗糙度下降了75%。同时,GaN插入层的引入也有助于晶体质量的改善。此项工作提供了一种简便而又有效的改善非极性a面GaN表面形貌的方法。