氮化镓(GaN)材料具有直接宽禁带,化学性质稳定,熔点高(2300℃)等优点,在固态照明、太阳能电池、杀菌、激光器等方面有着广泛的应用。研究人员一般采用在极性c面蓝宝石衬底上外延生长[0001]GaN材料的方法。但是,极性面GaN基材料内部存在极化电场,导致量子限制斯塔克效应,而非极性GaN基材料则可以消除内建电场,克服电子和空穴在空间上分离的问题,提高内量子效率。本研究采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)的方法在r面蓝宝石衬底上生长非极性a面GaN薄膜,并进行了系统的材料性质研究。同时,在理论上分析了AⅡnGaN四元材料在非极性GaN基LED方面的应用。另外,本论文还研究了基于Ⅲ-Ⅴ族材料GaAs的太赫兹波调制器,其对太赫兹波的最大调制频率可以达到11 MHz。本研究的主要研究内容和成果如下：1.成功实现了低温GaN材料作为成核层的非极性a面GaN外延层的MOCVD生长。采用两步生长的方法在r面蓝宝石上得到高质量的a面GaN外延层。同时,详细研究了在a面GaN生长过程中Ⅴ/Ⅲ比、TMG流量和压力等参数对表面形貌和晶体质量的影响,并成功获得了Si掺杂的n型非极性a面GaN外延层。使用高分辨X射线衍射(HRXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)、霍尔(Hall)效应测试仪等表征手段研究了Si掺杂对非极性a面GaN外延层的表面形貌、晶体质量和光学电学性质的影响。研究结果表明,经过Si掺杂,虽然材料的晶体质量和表面形貌出现了微小的劣化,但其迁移率则从9.15 cm2/V·s上升到66.90 cm2/V·s.2.研究了AlN材料作为成核层的a面GaN外延层的MOCVD生长技术。采用高温-低温-高温AlN缓冲层的生长方法,同样可以得到单晶a面GaN外延层。并通过高温AlN脉冲生长、在高温AlN和GaN外延层之间插入Al组分渐变的AlGaN缓冲层等方法有效提了高晶体质量,表现在HRXRD的m方向摇摆曲线的半高宽降低了28%。3.采用APSYS光电子器件分析软件对极性c面和非极性a面GaN基LED进行了模拟,并通过对能带结构、漏电流分布和内量子效率等进行的计算,分析了器件性能衰减的原因。本论文所做的理论模拟工作包括：(1).采用非极性Al0.089In0.018Ga0.893N/GaN量子阱有源区,成功消除了内建电场,并解决了GaN与AlGaN晶格失配的问题；(2)使用AⅡnGaN/GaN超晶格替代单层AⅡnGaN作为电子阻挡层,减小了器件的漏电流,并提高了空穴注入效率,从而提升了器件的内量子效率和光输出功率。4.采用CST软件模拟研究了基于Ⅲ-V族材料GaAs的太赫兹波调制器。通过优化金属谐振环尺寸,最终获得中心响应频率为0.34 Thz左右的调制器的模拟结果。另外还设计了一种具有多频响应特征的太赫兹调制器,并通过CST软件模拟了其性能。本论文还对制备的太赫兹波调制器进行了测试。通过改变栅-源电压大小可以控制高电子迁移率晶体管(HEMT)中二维电子气的浓度,从而改变调制器对太赫兹波的透过率。结果显示,在交流电压下,制备的太赫兹波调制器对太赫兹波呈现快速响应,其调制频率最高可以达到11 MHz。