氮化镓（GaN）基半导体由于其较宽的带隙、高的饱和电子速率和击穿电场等特性,已在光电子和功率器件等领域得到广泛的应用。其中,GaN薄膜主要通过物理和化学沉积在异质衬底上制备。已实现GaN大规模生长且最受欢迎的是金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术,在该化学沉积中,金属有机源和氨气两种气态源于衬底表面发生分解合成。由于生长的各向异性,不同衬底上将发生不同的外延过程。六方GaN薄膜中存在极性和非极性生长,极性生长的研究已非常成熟。本论文着重非极性生长,尝试使用异质条纹图形化衬底配合外延层生长调控的方案,分析并优化表面过程,一定程度上提高了非极性a面GaN的晶体质量。化学沉积范畴的另一个生长技术原子层沉积（ALD）,与传统CVD（包括MOCVD）最大的不同在于:ALD的前驱体非CVD式同时通入腔体,而是交替通入再吸附于衬底表面继而反应成膜。因此ALD可精确控制纳米级膜厚沉积,在二维平面器件的实现以及摩尔定律的延伸方面有着重要的作用。ALD与MOCVD的一个共性是皆为气态源在表面的反应过程,而这种过程与所使用的衬底或模板紧紧相连。本论文主要使用与GaN晶格匹配度更高的单层二硫化钼（MoS2）模板,分析GaN在此模板上ALD生长不同厚度下的表面过程,从而从材料生长和异质结器件层面探索可能的ALD实现方式。根据MOCVD和ALD的生长共性,以及它们的不同特性,本论文在MoS2模板上使用等离子增强原子层沉积（PEALD）技术生长的GaN的表面演化机制、两步生长改善GaN晶体品质,以及在精细图形衬底上结合3D-2D生长法进行MOCVD生长GaN方面进行了深入研究,取得了如下结果:（1）在Si/SiO2/单层MoS2衬底上使用PEALD生长GaN薄膜时,发现清晰的“层岛”（Stranski-Krastanov,2D-3D）生长机制。其中,具体研究了PEALD-GaN在MoS2模板上生长的窗口条件以及GaN生长过程中表面物理演化过程。并根据表面演化过程详细分析了 GaN在此2D-3D模式下生长得到纤锌矿多晶结构的原因。为理解在MoS2模板上使用PEALD生长GaN提供了基础。（2）在改善PEALD沉积GaN的品质上,基于上述（1）中GaN在MoS2模板上生长的表面演化过程,同时借鉴常规的两步生长法,提出了在GaN初始2D生长阶段采用低温生长,之后再高温3D生长促进GaN小岛合并的方法（本论文中命名为:二步法）。得到了具有[0001]方向择优取向,杂质浓度低（氧含量约为3.6%）,且Ga/N化学计量比平衡（Ga/N为0.95:1）的高质量超薄GaN膜层。并通过和直接在MoS2模板上进行高温PEALD-GaN的生长进行对比,解释说明了二步法生长优化晶体质量的机理。给未来二维GaN基平面器件的制备发展提供了一种可实现的方法。（3）在r面蓝宝石衬底上制备了周期为1:3 μm沿GaN的m轴即[1-100]方向的SiO2精细条纹图形。通过优化微纳制备工艺,尤其是刻蚀SiO2过程中气体的配方,得到了边缘笔直且侧壁垂直的图形结果,同时也分析了不同气体配方对刻蚀的具体影响。为后续非极性a面GaN侧向外延生长提供了良好的制备异质图形衬底的工艺基础。（4）在上述（3）中所得的图形衬底上使用3D-2D生长法生长非极性a面GaN,并对3D和2D层的生长过程进行分析,进优化沉积条件,提升了MOCVD生长a面GaN的质量。得到平行于GaN的a面测试的XRC半峰宽沿c轴和m轴分别为367 arcsec和384 arcsec,各向异性度为0.023,层错密度低至1.01×104 cm-1。这种3D-2D生长过程的调控和分析,有利于进一步理解不同化学沉积方法制备GaN的表面机理。