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由于常规的GaN是在极性c面蓝宝石上生长的,GaN基高电子迁移率晶体管的出色性能主要是因为AlGaN/GaN异质结界面存在着高密度和高迁移率的二维电子气(2DEG),这层2DEG是由于异质结中较大的导带不连续性以及较强的极化效应产生的。但是这种极化效应在光电器件当中是有较大危害的,由于极化引起的内建电场的存在使能带弯曲、倾斜,能级位黄发生变化,强大的极化电场还会使正负载流子在空间上分离,电子与空穴波函数的交迭变小,使材料的发光效率大大的降低,同时发光波长也会出现红移。为了消除极化的效应,可以生长非极性面GaN,比如a面和m面,但是非极性材料的结晶质量很差,位错密度很高,为了解决上述问题,本文对非极性及半极性GaN进行了研究,主要结论如下：1.成功地通过我们独立研制的MOCVD生长系统在r面蓝宝石衬底上生长了高质量的非极性a面GaN薄膜。通过采用渐变成核层的方法,提高了非极性a面GaN的结晶质量,HRXRD(11-20)面摇摆曲线的半高宽降低为802arcsec,通过采用AIN/AlGaN超晶格结构,HRXRD(11-20)面摇摆曲线的半高宽降低为660arcsec,达到同年常规生长方法下的国际顶级水平。2.用MOCVD生长了Si掺杂的非极性a面GaN,研究了Si掺杂对非极性a面GaN的结晶质量、表面形貌、电学性质和光学性质的影响。通过Si掺杂,材料的结晶质量出现微小的退化,材料表面上位错坑的数量增加,迁移率从5.05cm2/Vs提高到66.61cm/2/V s。通过PL谱的研究发现由于si的引入能够使SiCa的数量增加,PL谱的黄带有所提高。3.研究了非极性a面GaN材料的电学各向异性问题,提出了非极性材料中结晶质量的各向异性会引起电学性质的各向异性,通过霍尔测试证明了我们的设想,C. Y. Chang等人对非极性AlGaN/GaN异质结材料上制作器件的研究进一步验证了我们的观点。4.研究了非极性a面GaN的腐蚀问题,提出了非极性a面GaN的腐蚀模型。发现了非极性a面GaN经过腐蚀以后具有纳米及微米柱的形貌,用含有堆垛层错的模型解释了这种现象,通过对比Ga面、N面GaN的腐蚀特征,验证了我们的设想。5.通过采用Ti插入层并氮化的方法形成了TiN掩膜,然后进行了外延生长,非极性a面GaN的材料质量获得了大幅提高,提出了TiN更容易氮化的思想,缩短了氮化过程的时间,a面GaN(11-20)面的HRXRD沿着c轴的半高宽降低为432arcsec,沿着m轴的半高宽降低为497arcsec,使得两个半高宽同时降低到500arcsec以下,结果大大超过了采用传统ELOG技术的a面GaN的结果。6.成功地通过我们独立研制的MOCVD生长系统在m面蓝宝石衬底上研制出了半极性(11-22)面GaN。通过采用氮化方法获得了晶向一致的半极性材料。通过采用超晶格结构,极大地提高了半极性(11-22)面GaN的结晶质量,半极性(11-22)面GaN的半高宽从944arcsec降低到了761arcsec。7.提出了C和O的杂质结合模型。通过研究认为C主要来自于上面源的分解,而O主要来自于下面衬底的分解,在分解以后扩散的过程中极性对杂质的结合发挥着至关重要的作用,Ga原子阻挡作用的大小决定了材料中最终C和O含量的大小。这个模型把杂质来源和原子排列两个方面结合起来,很好的解释了C和O在各种不同类型材料中的作用,解决了长期困扰我们的GaN材料中的杂质结合间题。8.从极性角度研究了GaN的黄带机制。在我们提出的C和O杂质结合模型的基础上,从极性角度研究了非极性a面GaN、半极性(11-22)面GaN和极性c面GaN的发光机制,发现非极性a面GaN的黄带最强,极性c面GaN材料的次之,半极性(11-22)面GaN的最弱,通过HRXRD的测试排除了位错密度的影响,通过SIMS的测试排除了VGa-ON的作用,最终确定了C元素是GaN材料中黄带产生的根源。9.在非极性a面GaN上生长高质量的纳米线,首先在a面GaN上淀积Ti金属,然后进行生长,纳米线起源于TiN上的多晶GaN颗粒中,纳米线的方向性很好,大部分是沿着c向生长的,并且,同时生长出了Ga极性和N极性的纳米线,纳米线有较快的生长速率,为高质量极性纳米线的生长和研究指明了方向。