氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)，都是宽禁带半导体材料，可以广泛应用于光电子器件和大功率电力电子器件。石墨烯是一种二维材料，由于其独特的物理性质，近年来引起了人们极大的关注。特殊的蜂窝状晶格结构使得其上生长的Ⅲ族氮化物薄膜具有C轴取向，并且可以转移到其他衬底上。虽然石墨烯的优越性是显而易见的，但是由于其表面缺乏悬挂键，在石墨烯上直接生长Ⅲ族氮化物具有挑战性。因此，研究石墨烯上Ⅲ族氮化物的成核和生长具有重要意义。另外，研究石墨烯上Ⅲ族氮化物的缺陷演化也引起了研究者的广泛兴趣。　　本文主要研究了石墨烯上GaN和AlN的成核、生长和缺陷演化机理，主要内容如下:　　1.我们研究了石墨烯上Ⅲ族氮化物的成核生长过程。石墨烯可以改变衬底表面浸湿性，有利于GaN在SiO2/Si和蓝宝石上成核;氧等离子体刻蚀或生长过程引入的石墨烯缺陷也有利于提高GaN的成核密度。低温缓冲层技术对石墨烯上GaN成核更合适，而AlN由于较低的迁移能很容易实现在石墨烯上生长出薄膜。　　2.我们采用石墨烯作为缓冲层，在高温下直接生长GaN薄膜，简化了GaN薄膜的生长过程。利用非催化CVD法直接在蓝宝石衬底上生长石墨烯，研究了GaN薄膜的成核过程。这表明石墨烯可以作为一种高质量GaN薄膜外延生长的非常有价值的缓冲层。　　3.由于石墨烯上GaN高温成核具有很大的挑战，因此我们以石墨烯作为纳米掩膜，自组装纳米选区生长低穿透位错密度、低应力的GaN厚膜，并且实现了机械剥离获得晶圆尺寸、高质量、无裂纹的自支撑GaN衬底。这项技术可以实现在石墨烯/SiC上生长半导体薄膜，并且机械剥离转移到其他衬底上。　　4.我们在石墨烯/SiC上范德瓦尔斯外延生长了AlN薄膜，揭示了AlN和石墨烯的取向关系，这表明范德瓦尔斯外延异质界面不是常规的共价键，并且在生长过程中由于不对应的面内晶格而没有过多的应力。我们揭示了范德瓦尔斯外延是层状生长模式，为将来在二维材料上范德瓦尔斯外延生长各种半导体材料并应用于可转移的异质集成迈出了结实的一步。　　5.采用转移的石墨烯自组装为纳米掩膜，以两步法侧向外延技术生长GaN薄膜，该技术可以有效提高GaN晶体质量。层错有效的阻挡了位错的延伸，少量的新的位错是由于不同取向的畴和侧向外延的GaN合并时产生的。这种位错的演化机理不同于传统的侧向外延技术，也不同于以二维材料为掩膜的一步法的侧向外延技术。　　6.采用SiC外延生长的石墨烯作为掩模，侧向外延生长GaN微米柱，该技术可以获得无穿透位错的GaN微米柱。I1型基面层错在GaN和SiC的界面附近是占主导地位的缺陷，“自限制层错”导致缺陷在界面附近被局域化，侧向外延的GaN几乎无应力，导致了缺陷从界面向上不断降低，最后在GaN表面没有穿透位错。这种缺陷演化机理不同于传统的侧向外延技术，为获得无穿透位错GaN纳米或微米结构在功率器件中的应用开辟了方向。