硅作为半导体产业的基石，占据了集成电路领域及太阳能电池领域无可代替的主宰地位。但由于间接带隙，以及俄歇复合、陷阱复合等高非辐射复合率的特性，硅在光电器件中的不足成为了其发展的瓶颈。GaN作为新兴的第三代半导体材料，其直接带隙的材料性质，及通过与In、Al三元合金实现带隙0.69eV到6.02eV的理论可调，覆盖了整个可见光波段和部分红外及紫外波段，是制作发光二极管等光电器件的理想材料。由于很难得到大尺寸的GaN体单晶材料，到目前为止，高质量GaN材料一般都通过异质衬底外延方法获得。本文围绕将Si(100)衬底腐蚀出金字塔状的(111)晶面，并在(111)面上外延GaN薄膜及其发光器件展开工作。在GaN高质量薄膜外延，湿法腐蚀制备GaN纳米线阵列，硅衬底外延亚毫米级大尺寸单芯片白光LED等方面进行了一系列探索性的研究工作。本论文安排如下:　　第一章绪论:介绍硅材料在半导体产业中的应用以及限制其在光电器件方面发展不足;介绍GaN材料特性及其制备的发光二极管的广泛应用;介绍硅衬底外延GaN的优势及面临的挑战，以及当前研究热点;介绍本论文的研究内容及意义。　　第二章硅(100)衬底各向异性腐蚀工艺:介绍常规的硅(100)腐蚀工艺以及光刻技术，利用各向异性采用不同的腐蚀液可得到不同的硅薄膜腐蚀形貌，包括多孔硅、硅纳米线、倒金字塔阵列等。介绍TMAH/IPA溶液对硅(100)的各向异性腐蚀特性，及其对金字塔形貌形成的腐蚀机制。利用TMAH对Si(100)的各向异性腐蚀在其表面形成倒金字塔状或正金字塔状的(111)晶面。　　第三章Si(100)图形衬底GaN单层薄膜外延及表征:介绍利用MOCVD外延GaN技术，采用的AlN种子层对高温下Ga与Si回熔现象的抑制，AlGaN插入层对外延层应力的调控作用与调控机制;GaN外延薄膜形貌通常采用SEM表征，其表面粗糙度等采用AFM表征;外延层各个界面原子层突变信息、位错发展，各层的结构信息以及位错分布等信息采用TEM表征;外延层薄膜质量采用XRD测试表征，通过分析其摇摆曲线中(102)、(100)面的半高宽信息来估算外延层中的位错密度。　　第四章Si(100)图形衬底GaN-LED全结构外延及宽谱发光器件:我们在Si(100)图形衬底上，通过调节生长参数，外延出了具备极性面结合半极性面(1-101)发光的结构。极性面上的MQW平行于(111)晶面，且在纵向具有厚度渐变的特性。我们利用HR-TEM、EDS等详细分析了该结构的特征，对极性以及半极性面上的量子阱结构进行了深入的研究与对比，结合PL、u-PL、CL等对其极性面宽谱长波发光、半极性面短波发光的特性进行了解释。在现有结果的基础之上，我们设计了对应的电极结构，期待能够在以后的研究当中实现器件成果的转化。　　第五章GaN纳米线阵列的湿法腐蚀制备技术:GaN纳米结构因其低位错密度、应力释放、高敏感性、低量子斯塔克效应等优势，在核/壳纳米结构LED、太阳能电池、化学生物探测等领域具有广泛应用。目前，GaN纳米线的制备方法包括MOCVD外延、反应离子刻蚀、VLS、分子束外延(MBE)、激光辅助催化生长等。我们借鉴MACE方法，首先在GaN薄膜表面光刻图案，然后采用蒸镀的方法在表面蒸镀一层几十纳米厚的Pt/Au金属薄膜，采用AgNO3/HF、H2O2/HF溶液，辅以紫外光线照射，成功制备出自组装的GaN纳米线阵列。我们建立了GaN纳米线阵列与纳米孔结构腐蚀模型，深入分析了GaN纳米线形成机理，详细阐述了金属与紫外光线在腐蚀反应当中的作用，并比较了GaN与Si采用MACE方法腐蚀的相同与差异，揭示了其截然不同的腐蚀结果源于金属薄膜在两个反应中所担任的不同作用。GaN纳米线的形貌及结构特征采用了SEM及TEM来表征，其光学性能采用PL表征，PL谱线显示纳米线结构具有轻微的红移现象。　　第六章结论:对本论文进行工作总结。