Ⅲ族氮化物半导体材料主要包括InN，GaN，AlN及其合金。近来，由于多方面的应用，Ⅲ族氮化物(尤其是GaN)获得了极大的关注和广泛的研究。它们优异的物理性能，尤其是宽带隙、高物理强度和出色的化学稳定性，使之成为许多光电子器件(如太阳盲区紫外光电探测器，蓝、绿光发光二极管和激光二极管，等)的理想材料。Ⅲ族氮化物的三元或四元合金(如AlGaN，InGaN，AlGaInN)覆盖的带隙宽度可从InN的1.9eV到GaN的3.4eV直到AlN的6.2eV。使用宽带隙Ⅲ族氮化物材料制作的晶体管传送的微波功率密度得到空前的提高，这方面的潜在应用包括无线通信、卫星通信、军事和商业雷达系统等。此外，Ⅲ族氮化物在全色显示、激光打印、高密度信息存储、水下通信、高温/高功率电子器件等众多领域也拥有巨大的应用前景。不幸的是，Ⅲ族氮化物体单晶迄今尚未能商用。所以它们的应用大多依靠沉积于别的衬底上的Ⅲ族氮化物异质外延膜。本论文探究三种可供选择的衬底，即白宝石、铝酸锂、γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底，以用于GaN的外延生长。详细地研究了上述三种衬底材料的结构，力学、热学及化学性能，以及制备技术。主要的创新性结论总结如下。 (1)化学机械抛光技术可以提供平坦化而又不至于破坏材料的表面。采用化学机械抛光(CMP)及酸蚀工艺处理白宝石衬底，得到了平坦化的表面。平坦化的衬底表面是提高外延膜质量的关键。 (2)采用温梯法生长出了透明γ-LiAlO2晶体。发现晶体上部为LiAl5O8和LiAlO2的多晶混合物，中部形成了透明的单相γ-LiAlO2晶体，底部检测到包含有钼金属颗粒。这种现象是因为Li的挥发造成的。 (3)采用提拉法生长了尺寸达φ45×50mm3的γ-LiAlO2单晶。发现仅仅在晶体毛坯的底部生成了一种缺锂相(LiAl5O8)。γ-LiAlO2晶体化学稳定性差，在室温时轻微水解。当在空气中于1100℃退火70小时，γ-LiAlO2晶体挥发出锂组分，在表面产生缺锂相(LiAl5O8)。值得注意的是，在γ-LiAlO2晶体的红外光谱区不存在氢氧根吸收带。 (4)研究了γ-LiAlO2晶体的热稳定性。发现在1100℃空气或真空中退火使γ-LiAlO2晶片表层变成LiAl5O8多晶，而富锂气氛退火可以有效地抑制晶体中锂组分的挥发，保持晶格完整性、提高晶体质量。 (5)首次采用提拉法生长掺镓铝酸锂晶体。结果表明LiAl1-xGaxO2(x=0，0.1，0.2，0.3)晶体归属于γ-LiAlO2结晶结构，Ga3+离子部分地取代Al3+离子。(6)首次采用提拉法生长Ti掺杂的铝酸锂晶体。发现掺Ti可以提高铝酸锂晶体的抗潮解能力。这是由于Ti的掺入改善了铝酸锂的晶格结构，使之更稳定。 (7)根据柔性衬底的理论，利用气相传输平衡(VTE)技术，在白宝石衬底上制备出具有[100]择优取向的单相γ-LiAlO2层，从而形成γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底，在这种γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底的结构中，α-Al2O3既作为反应物参加固相反应，又起支撑其上的γ-LiAlO2薄层的作用，很好地解决了“柔性衬底”技术中衬底支撑的难题。同时，VTE实验发现当反应温度从750℃下降到730℃时γ-LiAlO2晶核的尺寸已在1μm以下，经稀盐酸(HCl)腐蚀后可形成多孔的表面，从而有望制备出用于外延GaN的新型多孔衬底。 (8)研究了VTE处理温度及白宝石表面粗糙度对γ-LiAlO2层内的残余应力的影响，通过对这两个工艺参数的优化组合，制备出了残余应力较小的γ-LiAlO2层，进一步改善了γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底的性能。 (9)研究了白宝石衬底表面形貌对γ-LiAlO2层质量的影响。发现白宝石衬底的表面粗糙度和退火处理是两个影响γ-LiAlO2层质量的重要因素。要制备高质量的γ-LiAlO2层，适度的表面粗糙度是恰当的。退火使γ-LiAlO2层的择优取向变差。