作为第三代半导体材料的代表,GaN具有稳定的化学性质,宽禁带以及高的热导率、载流子浓度、饱和电子迁移速率等优点,被广泛应用于照明、微电子和通讯等领域。目前获得高质量GaN薄膜的主要方式是在氢气气氛下利用两步法进行异质结外延生长。使用氢气作为气氛在获得更高薄膜质量的同时也带来了安全性差、制备难度高且价格更加昂贵的缺点。采用氮气作为生长气氛可以很好的解决这些问题,因此如何在氮气气氛下获得高质量的GaN薄膜成为了研究热点。本文在针对GaN薄膜质量有重要影响的成核层表面形貌展开研究,在(0001)面的Sapphire衬底上利用MOCVD方法外延生长了GaN的成核层和薄膜。首先,在氢气气氛下,通过改变成核层的生长温度、反应室压强、Ⅴ/Ⅲ族比、高温氮化和高温退火比较不同生长参数对成核层表面形貌的影响,获得了不同生长条件对成核层表面形貌特征的影响规律。随后,研究了在氢气和氮气两种气氛下成核层的表面形貌演化方式,结果表明在氢气气氛下,成核层的岛状结构在纵向的增长要比在径向的增长大,而在氮气气氛下,岛状结构在径向的增长要大于在纵向的增长。最后,在氮气气氛下和氢气气氛下分别生长GaN薄膜,发现了氮气和氢气气氛下生长的GaN薄膜内部都存在不同程度的压应力,并且得出了氮气气氛下生长的GaN薄膜内压应力较小。通过改变成核层的生长条件,我们得到了一系列结果。一方面,这些结果解释了GaN成核层的成核机制。另一方面,这些结果对GaN薄膜的生长都将提供很好的指导和参考。