GaN材料作为一种第三代半导体材料,具有宽禁带、高电子饱和漂移速度和高击穿场强等优点,目前被广泛用于研制各种光电器件和高温、高频微波大功率器件。迄今为止,人们一直无法获得高质量、大尺寸的GaN体晶材料,因此器件级的GaN材料通常都是在异质衬底上外延得到的。由于GaN外延层和异质衬底之间存在较大的晶格失配和热失配,GaN外延层中存在高密度的缺陷。高密度的缺陷会严重影响器件的性能,因此低缺陷密度的GaN材料研究一直是GaN领域的核心课题之一。另外,GaN材料毕竟是一种新型的半导体材料,许多与材料相关的基础性问题仍然有待于人们进行进一步的研究。本文研究了斜切蓝宝石衬底上AlGaN/GaN异质结材料的特性,通过采用斜切衬底,AlGaN/GaN异质结材料的缺陷密度大幅降低,异质结材料的特性得到显著改善。通过把斜切衬底和优化的材料生长工艺结合,本文最终研制出了高性能的AlGaN/GaN异质结材料。由于n型GaN材料在AlGaN/GaN HEMT器件和各种光电器件中具有重要应用,本文最后还系统研究了Si掺杂n型GaN材料的多方面特性,为高性能AlGaN/GaN HEMT器件和光电器件的研制打下了基础。本文的主要工作和成果如下:1.研究了采用低温AlN成核层的斜切蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料的特性。实验发现,通过采用斜切衬底,AlGaN/GaN异质结材料的结晶质量和表面形貌得到显著改善,异质结材料的载流子迁移率得到大幅提高。研究了斜切衬底上异质结材料特性改善的物理机理。2.研究了采用高温AlN成核层的斜切蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料的特性。对c偏a面和c偏m面斜切衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料都进行了较为系统的研究。研究表明,无论c偏a面还是c偏m面的斜切衬底,都能够显著改善异质结材料的各方面特性,衬底斜切角度的大小对异质结材料的特性具有重要的影响。研究比较了采用低温和高温AlN成核层的斜切衬底上异质结材料特性改善的物理机理。3.研究了Si掺杂n型GaN材料的应力特性。研究了不同掺杂浓度下n型GaN材料应力释放的机理。研究认为,在低掺杂浓度的样品中,材料应力释放的主要机构是弯曲的位错;在高掺杂浓度的样品中,材料应力释放的主要机构是刃位错。4.研究了Si掺杂n型GaN材料的电学特性。实验发现,随着Si掺杂浓度的增加,样品中载流子室温迁移率先升高后降低。本文通过研究n型GaN材料的输运特性,对实验结果给出了合理的解释。5.研究了Si掺杂n型GaN材料的光学特性。研究发现,n型GaN中的黄光带强度和材料中的刃位错密度密切相关。研究认为,这主要是由于材料中的刃位错能够俘获电子成为负电中心,在库伦力的作用下,能够在周围吸附大量的正电中心,降低了施主-受主对之间的距离。研究了n型GaN材料中黄光带强度和Si掺杂浓度、载流子迁移率之间的关系,分析了内在的物理机理。