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近年来,GaN基半导体材料由于具有宽禁带、高击穿电压和高载流子迁移率等优异性能而被广泛应用于光电子和功率器件。目前商业化使用的一般为沿[0001]方向生长的极性面c面GaN基材料,但是自发极化和压电极化电场的存在导致器件性能的进一步发展受到了阻碍。如在c面GaN基发光二极管中,极化电场引起的量子限制斯塔克效应会导致电子和空穴波函数分离,从而降低辐射复合效率,尤其在长波段-绿光光电子器件中,其发光效率会大大降低;此外,在AlGaN/GaN高电子迁移率器件中,极化电场引起的二维电子气会阻碍增强型器件的发展。因此,为了彻底消除极化效应,非极性面GaN吸引了越来越多的关注。在本论文中,我们提出了一种在微纳尺寸图形衬底上直接外延高质量非极性a面GaN的方法,主要研究内容如下:1.利用紫外光刻技术和激光干涉曝光技术在r面蓝宝石衬底上分别制备了微米和纳米尺寸的SiO2孔阵图形。其中激光干涉曝光技术中主要利用纳米孔阵图形的转移。由于蓝宝石的透光性,需要蒸镀一层金属铬Cr才能得到形状规则,大小均一的孔阵,金属的选择需要满足图形转移过程中的选择比,保证图形精确的转移;采用湿法腐蚀SiO2的过程中,HF缓冲溶液的配比会影响腐蚀速率以及选择比。2.研究了在不同周期尺寸的图形衬底上外延a-GaN的生长情况,并与平片上直接外延的a-GaN进行对比。通过高分辨X射线衍表征各个样品的面内晶体质量各向异性和应力状态,发现随着周期的增加,沿m轴方向摇摆曲线半峰宽明显减小,当周期为3μm时,几乎消除了面内晶体质量各向异性,而且图形衬底可以有效减小a-GaN中的残余应力。通过扫描电子显微镜（SEM）表征GaN小岛形貌。拉曼（Raman）光谱测试结果发现孔阵周期越大,沿m轴方向生长距离增加,马赛克尺寸增大,因此沿m轴方向晶体质量变好。此外,还通过低温PL测试和修正后的W-H分析来样品中的层错密度,发现在微米尺寸图形衬底上生长的a-GaN中层错密度可降低一个数量级。3.探究图形衬底上外延a-GaN小岛形貌异常的原因。我们分别研究一次外延a-GaN小岛形貌演变过程,生长参数的影响以及腐蚀后形貌的变化,发现a-GaN小岛仅存在单一极性,即沿c轴方向均为（000-1）N极性面,可能是因为成核过程中存在孪晶引起的。此外,还对比了一次外延和二次外延a-GaN小岛形貌和晶体质量的区别。