GaN是一种非常优异的III—V族宽带隙半导体材料，具有高发光效率、高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性。室温下GaN的禁带宽度是3.4eV，可以实现从红外到紫外全可见光范围的光发射和红、黄、蓝三原色具备的全光固体显示，在光电子学和微电子学领域中有重要的应用前景。目前GaN基器件大多数制作在蓝宝石衬底上。由于蓝宝石价格昂贵、衬底自身绝缘且硬度大、器件工艺复杂、制作成本费用高，且其导热性能差，不利于大功率器件的制作，硅衬底则可以弥补这些不足。因此，开展Si基GaN薄膜材料的外延生长意义重大。虽然以Si为衬底的六方GaN材料的生长有一定难度，但由于其晶体质量高、价格低廉、易解理、良好的导电性和成熟的Si基集成技术等优点，成为蓝宝石衬底强有力的竞争者。根据不断降低器件尺寸的要求，基于具有优异性质的纳米尺寸材料制造纳米器件是很有意义的。纳米尺寸GaN特别是纳米线是满足这种要求的一种很有希望的材料。 在本文中，采用磁控溅射系统在Si衬底上先后制备缓冲层Cr薄膜和Ga2O3薄膜，然后将溅射的样品在氨气气氛中退火制备GaN纳米结构。用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外透射谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和光致发光谱(PL)等测试手段详细分析了GaN纳米材料的结构、组分、形貌和光致发光特性。通过研究不同生长条件对制备GaN纳米结构的影响，初步提出并探讨了此方法合成GaN纳米结构的生长机制。所取得的主要研究结果如下： 1.合成一维GaN纳米结构 在Si衬底上先利用磁控溅射法制备Cr薄膜作为缓冲层，再在缓冲层上溅射一层较厚的Ga2O3薄膜(约为500nm)。然后把样品放入高温扩散炉中在氨气中退火，退火后样品表面为浅黄色。经测试分析得出，样品表面存在大量的GaN纳米结构。 2.氨化温度对GaN纳米结构的影响 氨化温度对样品的晶化质量和表面形貌有很大影响，通过比较发现，氨化温度为950℃时，样品的晶化质量最好，合成的纳米线为六方纤锌矿型GaN单晶体。且纳米线的形状最规则、一致，表面最光滑平整。 3.氨化时间对GaN纳米结构的影响 氨化时间对样品的表面形貌和晶化质量的影响也非常明显。选择合适的氨化时间才会得到理想的一维高纯GaN纳米结构。氨化时间过短(低于5min)，氨化不完全，样品表面合少量的GaN纳米结构。随着氨化时间的增加纳米线的晶化质量先提高后降低，纳米结构的形貌是先变好后变差。当氨化时间过长(高于20min)，一维纳米结构基本消失。 4.不同Cr层厚度对合成GaN纳米结构的影响 比较了三种不同厚度的缓冲层(Cr层)获得的纳米结构，从其形貌和晶化质量看，缓冲层厚度Snm比20nm、100nm获得的纳米结构质量更好。 5.Si衬底的粗糙程度对合成GaN纳米结构的影响 比较了抛光衬底与未抛光衬底获得的纳米结构，从其形貌和晶化质量看，未抛光衬底比抛光衬底获得的纳米结构质量更好。 6.对GaN纳米结构生长机制的探索 在高温氨化的过程中，虽然过渡金属Cr的熔点高于氨化温度，但纳米颗粒的熔点比体金属的熔点低，在高温氨化过程Cr薄膜破裂形成Cr纳米颗粒，这些纳米颗粒为GaN纳米结构的形成提供了有利的成核点，同时，高温下氨气逐步分解成NH2、NH、H2. N2等产物，固态Ga2O3与H2反应生成中间产物气态的Ga2O，随后与体系中氨气挥发运动到衬底并在此发生催化反应首先得到GaN晶核，这些晶核落在合适的生长位置上，再作为下一个晶核生长的依托点，随着氨化过程的进行GaN晶核继续长成GaN微晶，当微晶的生长方向沿着相同的方向生长，就形成了单晶GaN纳米线、纳米棒、纳米颗粒。在多次实验样品的扫描图片中，我们观察到在一些纳米结构的顶端存在纳米颗粒，因此生长机制很可能为气—液—固机制(VLS)。我们也在Si衬底上直接沉积Ga2O3薄膜并在相同的条件下进行氨化，没有如此的纳米结构形成。因此我们认为Cr很可能作为GaN晶胚的成核点，在GaN纳米结构生长的过程中起着催化剂的作用。