作为典型的宽禁带半导体材料,氮化镓（GaN）具有介电常数小、禁带宽度大、导电性能良好、化学性能稳定等优点,在很多领域都有广泛的应用。随着GaN异质外延质量的提升以及p型掺杂问题的解决,GaN基发光二极管实现了商业化。迄今为止,GaN材料在新一代发光二极管、激光器、探测器等器件方面发挥着重要的作用。然而,GaN材料以及GaN基发光二极管仍有许多问题需要解决。在GaN材料的生长过程中,由于生长条件、衬底类型等因素的变化,在GaN材料表面会出现一些微结构,例如,c面GaN在生长过程中经常会出现的六方型凸起结构;非极性GaN在生长过程中会出现的典型的三角坑形貌。这些微结构会对材料质量及器件性能造成较大影响。此外,除了在材料生长过程中出现的微结构之外,还可以通过掩膜刻蚀等方法得到微/纳结构。相比于平面结构,微/纳结构可以改善外延层质量,降低外延层中的应力,从而进一步提升器件的发光效率。微/纳结构更有助于实现小尺寸集成,具有很广阔的发展前景。本论文针对GaN生长中存在以及利用掩膜形成的微/纳结构,研究了其结构、晶体质量以及光学特性,以提高GaN材料晶体质量以及GaN基多量子阱结构的发光效率,主要结论如下:1、研究了 Ga面GaN基紫外多量子阱（MQWs）结构表面的六方型凸起的光学特性。通过对六方型凸起进行光致发光谱的二维面扫描,发现六方型凸起顶部的PL发光强度比六方型凸起周围的发光强度提高了约15倍。同时,六方型凸起顶部的PL峰的半高宽（FWHM）小于六方型凸起侧壁及周边区域的PL峰的半高宽。分析了在六方型凸起上观察到的发光增强,这是由于六方型凸起顶部位错密度的降低增强了辐射复合,同时半极性面缓解了量子限制斯塔克效应（QCSE）,以及倾斜的侧壁增大出光效率造成的。2、研究了平面和斜切蓝宝石衬底上N面InGaN/GaN绿光多量子阱结构晶体质量及发光特性。在斜切衬底上生长的InGaN/GaN MQWs具有更为平滑的表面形貌、更高的结晶质量、更强的发光强度和更小的压应力。HRXRD测试结果表明在斜切蓝宝石衬底上生长的InGaN/GaN MQWs结构（002）面摇摆曲线的FWHM为263.8 arcsec,（102）面摇摆曲线的FWHM为255.9 arcsec。此外,发现采用斜切衬底还可以抑制生长中反型畴的形成和位错的延伸。3、利用X射线光电子能谱计算了在平面和斜切蓝宝石衬底上生长的N面AlN/GaN异质结的价带偏移分别为2.18±0.15 eV和2.05±0.15 eV。通过比较,发现N面斜切衬底上生长的异质结具有较小的价带偏移和较大的导带偏移,在光电器件和电子器件的制备上具有很大的优势。此外,考虑到N面GaN的潜在应用,准确确定N面AlN/GaN异质结的价带偏移对N面GaN基器件的模拟和设计有重要意义。4、利用条纹掩膜优化GaN晶体质量,通过两次ELOG,在蓝宝石衬底上生长出位错密度低至1.72×107/cm2的GaN材料,是目前国际上利用MOCVD在蓝宝石衬底上生长的GaN的最低位错密度。此外,还在具有不同掩膜条纹方向的GaN模板上生长出了高结晶质量的InGaN/GaN绿光多量子阱结构。当掩膜条纹沿[1-100]方向时,GaN具有较高的侧向生长速率,并且在InGaN/GaN MQWs结构中存在均匀排列的空气腔和倾斜的半极性量子阱侧壁,从而导致材料中的应力减小,PL发光强度显著增强。5、在具有微米孔掩膜的c面GaN基板上生长InGaN/AlGaN多量子阱微米柱阵列结构,生长得到的微米柱高度一致,分布均匀,并对其光学特性进行表征。PL和CL谱展示了两个发光峰,并且表现出相似的变化趋势。这种规律排列的微米柱阵列有助于实现单片集成多彩发射,为后续新型发光以及显示器件的设计和制备提供了新的可能。6、非极性a面GaN的形貌和质量优化。通过对衬底进行氮化处理来减少非极性GaN表面三角坑的数量,氮化时间为5 min时效果最好。此外,在本文的MOCVD设备生长条件下,不生长高温AlN层有利于得到表面平整,应力较小的非极性AlGaN/GaN异质结。在此基板上采用ELOG的方法对非极性GaN的质量进行进一步优化,以得到高质量的非极性GaN材料。利用掩膜宽度为8微米,窗口宽度为2微米的条纹掩膜得到了表面光滑平整的非极性GaN薄膜,其（11-20）面平行c轴摇摆曲线的FWHM低至265.0 arcsec,（11-20）面平行m轴摇摆曲线的FWHM为544.0 arcsec,（10-11）面摇摆曲线的FWHM为460.4 arcsec,这是目前已有报道的最小非极性GaN薄膜的半高宽值。