GaN材料由于其禁带宽度大、电子饱和速率高、耐高压、抗辐射能力强而成为了制作高温、高频、大功率、抗辐射微电子器材的首选材料。由于大尺寸GaN薄膜难以制备，因此GaN基光电子器件只能采用异质外延生长方法来获得。目前，商业化的GaN基LED所采用外延层衬底主要是蓝宝石衬底和SiC衬底，但是蓝宝石衬底的绝缘性以及其硬度太高使得器件制作更加复杂，而SiC衬底的高昂价格，都限制了GaN基LED的进一步发展。相对蓝宝石和SiC而言，Si衬底具有价格低、大面积、良好的导热导电性能等优点，而且硅的加工工艺非常成熟，采用Si衬底能够与Si基电子器件进行集成。近几年来，Si基GaN材料和器件的研究已经引起了人们广泛的关注。然而，GaN外延层与Si衬底之间巨大的品格失配和热失配导致GaN层中存在大量的裂纹和位错，严重阻碍了Si基GaN材料的应用。　　 本论文以Si基GaN材料生长过程中遇到的主要问题为出发点，围绕Si衬底上GaN异质外延的缓冲层设计、材料性能表征等方面展开研究工作，取得的主要研究结果如下:　　 1、研究了HT-AlN/AlGaN缓冲层对Si衬底上GaN外延层的应力补偿作用,优化了AlN层以及AlGaN层的厚度，以及Si基GaN材料的缓冲层结构。此研究表明，优化后的HT-AlN/AlGaN复合缓冲层能够减慢GaN层中的压应力向张应力的转变过程，对GaN外延层中的张应力补偿效果显著，从而达到减少GaN表面裂纹的目的。　　 2、采用HT-AlN/AlGaN复合缓冲层结构，在2英寸Si(111)衬底上外延生长出1.5μ m表面无裂纹的GaN薄膜材料。材料中心处平整光亮，使用双晶XRD衍射测量到的GaN(0002)面摇摆曲线FWHM为505arcsec。