由于晶体结构的非中心对称性,纤锌矿结构Ⅲ族氮化物的基面（c面）呈现出两种结构形式。一种是金属极性面（+c面）,另一种是氮极性面（-c面）。目前Ⅲ族氮化物主要的应用集中在金属极性面氮化物上,但是与金属极性面氮化物相比,氮极性面氮化物在光电器件、微波射频器件和功率电子器件等领域有着独特的应用前景。目前氮极性氮化物的生长还存在如氮极性的调控困难、成核窗口小、表面六角形缺陷和杂质原子并入等问题。本论文的工作主要分为以下三个部分。1.在蓝宝石衬底上生长氮极性氮化物材料,氮化过程和成核层的生长是至关重要的。我们在工作中发现,增加氮化铝成核层的厚度,能够导致上层氮化镓外延层的极性由氮极性转变为镓极性。当氮化铝层厚度小于150 nm时,上层的氮化镓外延层是氮极性的,其表面形貌受下层氮化铝层厚度的影响较大,而当氮化铝层的厚度达到200 nm时,上层的氮化镓则是镓极性的,其表面呈现台阶流的形貌。通过透射电子显微镜观察了各样品氮化铝层与氮化镓层的界面,发现氮化铝层厚度小于200 nm的样品,其氮化镓层出现了镓极性反相畴,且反相畴只出现在两层界面上的突起位置,而氮化铝层为200 nm厚的样品,其两层的界面十分粗糙,上面分布了大量的突起结构。我们推断由这些突起结构所导致的镓极性反相畴扩展到了整个氮化镓层,从而使得氮化镓层的极性转变为镓极性。此外,提高氮化过程的温度和氮化铝成核层的生长温度能够改善氮极性氮化镓外延层的表面粗糙度,但是会使得氮化镓层的晶体质量下降。2.在用X射线衍射法研究结构不完美的单晶材料时,材料中的晶粒尺寸和晶粒内部的晶格应变通常会造成衍射曲线展宽。通过拟合氮极性氮化镓外延层的X射线衍射曲线,我们获得了外延层的晶粒尺寸、晶粒内部的晶格应变和晶粒的倾斜角等参数。我们发现衬底的斜切角增大导致晶粒的横向尺寸和倾斜角均增大,并且导致内部晶格应变降低。横向尺寸的增大是由于增多的衬底原子台阶密度所导致的表面原子迁移增强的结果,而晶粒倾斜角的增大说明斜切衬底会损害氮化镓薄膜的氮极性面的晶面取向。晶格应变的降低可能是由于总位错密度的减少的缘故。光学显微镜和原子力显微镜的观察结果显示,斜切角度越大,表面的六角形缺陷密度越小,但是六角缺陷消失的氮极性面氮化镓薄膜的表面粗糙度却增加了。霍尔仪的测试结果显示斜切衬底能够提升氮极性氮化镓薄膜的室温电子迁移率,但是同时也增大了薄膜中的背景载流子浓度。3.直接在蓝宝石衬底上生长氮极性面材料仍然面临较大挑战,表现在位错密度高达10~9 cm-2,非掺杂薄膜的载流子浓度高达1018 cm-3,另外,在氮极性的HEMT器件中,电子迁移率低于在镓极性面器件的迁移率,为了避免直接生长氮极性材料,我们设计了一个由镓极性外延层获得氮极性外延层的技术路线,即先在镓极性面外延层表面键合一个衬底,然后去除原始衬底,再将键合衬底和外延层翻转,可获得键合衬底上的氮极性外延层。镓极性外延层中包含一层重度n型掺杂的氮化镓牺牲层,去除原始衬底是用电化学腐蚀的方法是将这层牺牲层完全腐蚀掉,牺牲层以下的薄膜和原始衬底就与牺牲层以上的外延层发生分离。我们发现合适的电化学腐蚀电压是25 V,腐蚀电压过高会导致牺牲层以下也被腐蚀,进而使得腐蚀的选择性下降,另外,使用支撑薄膜得到了部分剥离下来的氮极性外延层,这为大面积剥离外延层打下基础。