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GaN材料是一种宽禁带半导体材料,直接带隙为3.4eV,被广泛应用于光电子器件、高功率器件以及高频电子器件中。由于难以制备GaN材料的体单晶,因此GaN薄膜材料主要通过异质外延生长获得。使用硅材料作为GaN异质外延的衬底不仅成本低,而且可能实现GaN基器件与硅基器件的集成,达到光电子学和微电子学的有机结合。然而GaN和硅之间的晶格失配和热失配会导致GaN外延薄膜上产生很高的位错密度(109-10cm-2左右)和巨大的热应力（0.8GPa左右）,并出现裂纹,严重制约了其应用。为了降低硅基GaN外延薄膜的热应力,提高其晶体质量,本文采用微机械加工的方法在硅基衬底上制备不同的微结构,研究GaN薄膜在这些微结构上的生长情况。1、通过模拟计算分析了GaN/SOI结构中热应力的分布以及SOI衬底各层厚度变化对GaN膜热应力的影响,发现大幅减薄衬底硅的厚度能有效降低GaN外延层的热应力。因此我们采用双面刻蚀的方法对SOI衬底进行处理,将SOI顶层硅加工成悬空硅膜的阵列结构,随后在这些微结构上外延GaN薄膜。实验在悬空硅膜上获得了面积约为250μm×250μm,厚度约1μm的无裂纹GaN薄膜,证明了悬空的硅膜结构由于厚度大幅降低,使得GaN外延膜的热应力也得到了有效降低。2、为了进一步减少衬底对外延层的约束,本论文采用表面/体微机械加工技术（Surface/Bulk Micromachining,SBM）在Si（111）衬底上制备了厚度为5μm的硅悬臂梁阵列,随后在其上生长了厚度为1μm的GaN薄膜。实验发现,生长在硅悬臂梁上的GaN薄膜无裂纹出现。这说明硅悬臂梁结构由于厚度小,且梁的一端自由,因此更加有利于GaN/Si复合结构通过较大的形变来释放热失配,从而降低GaN薄膜的热应力,提高其晶体质量。3、为实现GaN薄膜的侧向外延,本论文将SIMOX-SOI衬底刻蚀成彼此独立条形硅岛,利用GaN材料的选择性生长在硅岛上淀积GaN薄膜,随后改变生长条件以促进GaN薄膜的侧向生长直至硅岛间的GaN实现合并。实验发现,GaN薄膜侧向生长区域的位错密度和应力都较生长于硅岛上的GaN薄膜有明显降低,而且SOI柔性衬底也可以通过顶层硅的晶格畸变来释放体系的晶格失配和热失配,从而降低GaN外延层的应力,提高其晶体质量。总之,本论文利用灵活的微机械加工工艺制备出多种硅基微结构,并将其用于GaN薄膜的外延生长,实验证明它们可以有效地降低GaN外延层的应力,并提高其晶体质量。同时这也为将GaN材料与微电子机械系统（MEMS）技术相结合以开发高性能传感器提供了新的思路。