自20世纪90年代初GaN基LED研制成功以来，随着技术的发展，氮化镓基LED的性能取得了很多突破性进展，日亚公司于1995年宣布蓝光GaN基LED实现商业化，并奠定了全球领先地位，使新一代的固体照明取代传统的照明也成为不可逆转的趋势。目前，市场上的GaN基LED所用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅以及硅衬底。由于蓝宝石衬底在技术上的成熟，广泛应用于生长GaN材料。硅材料由于其成本低廉，大尺寸等性质，已经越来越受到业界的重视。近年来，国内外多次报道了在硅衬底上成功生长出GaN材料与器件的成果。要在Si衬底上研制出高性能的GaN器件，首先要在Si衬底上生长出高质量的GaN材料。但是，由于硅衬底的晶格参数和热膨胀系数与GaN材料有很大的差别，所以硅衬底上生长的氮化镓往往都会出现位错密度高、发生龟裂等情况。近年来，众多研究者对Si衬底上生长GaN进行了研究，取得了一些进展。但如何在Si衬底上实现较高质量、无裂纹的GaN生长仍然是研究的难点，还有大量问题需要解决，特别是Si衬底上GaN的生长机制以及如何降低晶格失配和应力的影响。　　 本文采用Thomas Swan MOCVD对Si衬底生长氮化镓材料进行了研究。采用光致发光光谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、霍尔测量仪、光学显微镜等测试仪器对Si衬底生长的GaN光学性能、结晶性能、表面形貌等性能进行了系统研究。通过优化Al的预沉积、Si衬底表面图形的设计等生长出了2.0微米厚的较高质量、无裂纹的GaN薄膜。此外，对蓝宝石衬底生长的GaN表面粗糙度对LED性能的影响进行了研究。获得了如下有创新和有意义的研究结果：　　 1、系统研究了Al的预沉积对AlN缓冲层及GaN外延层生长的影响，研究表明，与没有经过铝预处理的样品相比，36秒铝预处理的样品能够改善AlN缓冲层的晶体质量以及表面粗糙度，然而，当铝预处理时间延长到56秒时AlN缓冲层的晶体质量出现下降，同时边缘表面也出现了金属花纹。另外，没有经过铝预处理的GaN样品，其表面布满裂纹，出现金属回熔点。经过恰当的铝预处理以后，GaN的表面已经观察不到明显的裂缝了，而且金属回熔点也没有了，不过，过量的铝预处理时间会直接影响缓冲层的生长，在缓冲层能观察到由铝形成的金属花纹，GaN外延层布满了裂缝，而且也出现金属回熔花纹，严重降低GaN的晶体质量。　　 2、研究了Si表面图形对GaN生长的影响，我们发现，没有经过腐蚀，表面只有二氧化硅掩模的样品，其（002）面X射线衍射峰值半高宽比较大，裂纹在合并的地方出现了中断，当刻蚀的槽深为0.1微米时，由于刻蚀深度不够，GaN很容易会生长在槽里边，造成了裂纹的产生与光学性能的下降，其光致发光光谱中的黄带峰比较高，表明有一定的深能级物质渗透到GaN外延层，我们认为是硅在高温下的蒸发。不过当槽深达到0.3微米时，光学性能得到了改善。另外，该样品的晶体质量也比较好。当槽深达到0.5微米时，虽然表面的裂纹得以减少了，但是（102）面X射线的峰值半高宽明显增大，表明该样品的位错密度急剧上升，这种论断在原子力扫描图像中得到了进一步证实。　　 3、研究了非掺杂GaN表面平整度对LED器件性能的影响，我们认为，除了晶体质量，位错密度能影响器件的电学性能以外，通过调节生长模式，能够控制非掺杂GaN层的表面状态，从而控制它的表面平整度，也能影响器件的性能。