近几年来,纵观材料学界乃至物理学界,GaN和ZnO材料的研究都是热门课题,吸引了很多研究者的目光。在进行具有巨大经济效益的大量研究同时,对一些基础问题的深入研究仍不可忽视,材料的微结构就是其中的重要问题之一。同属于宽禁带半导体材料的GaN和ZnO,极性成为联结的纽带。本论文从极性这一宽禁带半导体材料本质属性出发,研究微结构与材料物理性质的对应关系,主要的创新性成果如下:1. GaN内刃位错引起的局部压电极化增强效应本论文通过微结构与电学性质对应关系的研究,证明了GaN层的刃位错附近存在压应变,产生局部的压电极化电场方向与AlGaN层中的压电电场方向相反,增强了对2DEG的限制效应;这种压应变属于流体静应变,除非GaN中不存在n型背景载流子,否则将永远伴随着刃型位错;它所引起的局部压电极化增强效应是GaN基电子器件有高的位错密度,却仍可以正常工作的原因之一。2.横向生长效应决定的GaN微结构及光学性质本论文通过对MOCVD生长机理的研究,提出了有关高温GaN层横向生长的物理模型,指出在高的横向生长速度下,位错易于弯向完整晶粒的内部,这被证明减弱了材料的发光效率;而垂直传播的位错与大的晶粒尺寸可以提高光取出率,是GaN基光电子器件有着高位错密度,却仍可以正常工作的原因之一。3.极性在GaN腐蚀过程中产生的效应本论文通过对GaN湿法腐蚀的研究,提出并证明了极性导致不同种类位错有不同腐蚀坑形状,刃位错缺陷沿位错线向下腐蚀,形成尖底的倒六棱椎形腐蚀坑,而螺位错由于形成化学稳定性强的Ga极性面阻止腐蚀的进一步进行,从而形成截底的倒六棱锥形位错坑,这一机理可以应用于高缺陷密度的GaN异质外延层缺陷密度的工业化检测,同时,腐蚀法还可用于制作GaN多层量子点,这两项成果已经获得了国家发明专利。4.压电势对ZnO纳米线器件电学输运的开关效应本论文由理论和实验研究均表明了:金属-ZnO纳米线-金属结构的输运过程受应力作用产生的极化电荷所形成的压电势的调制,使得对称的输运特性和非对称输运特性可以相互间切换,甚至可以将欧姆接触变成肖特基接触,合理的操纵纳米线中压电势的大小与分布,可以制造许多新型纳米电子器件。5. ZnO纳米线的无疲劳效应本论文研究了ZnO纳米线的动力学机械性质,在5.2o偏转角下经过1010个周期载荷的测试,ZnO纳米线无疲劳现象发生,这与ZnO纳米线一维结构的无位错特性有关,是纳米线的尺寸效应和大的表面积/体积比的结果,也充分说明了ZnO纳米线在自功率能源方面的应用潜力。