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GaN基材料在宽禁带半导体材料的应用中有重要作用。在光电子和微电子方面的研究中GaN基材料发挥着不可替代的角色。本论文主要研究了GaN/AlGaN超晶格在我们特殊制备的Ti/Al/Ni/Au电极下的霍尔效应和磁电阻测量。我们也作了纤锌矿AlN中单个铝空位的自旋态研究。
本论文的主要内容和主要结果如下：
(1)研究了增厚Ni原子厚度的Ti/Al/Ni/Au电极的结构特性和磁学特性。我们首次采用了增厚Ni原子厚度的Ti/Al/Ni/Au电极来研究GaN/AlGaN超晶格的输运特性。我们的Ni原子厚度是普通Ti/Al/Ni/Au电极中Ni原子厚度的4-5倍。我们发现在这样的Ti/Al/Ni/Au电极下，整个超晶格样品在200K下表现出铁磁的行为。而单纯的GaN/AlGaN超晶格是不显示磁性行为的。这说明我们的电极在增厚Ni原子厚度的情况下确实是铁磁的。
(2)研究了GaN/AlGaN超晶格在我们特殊制备的电极下的霍尔效应。我们在300K，200K，1.45K和20K下测量了样品的霍尔电阻随磁场的变化曲线.我们发现随着温度的降低，反常霍尔效应变得越来越明显。我们认为反常霍尔效应的起因在于自旋注入。随着温度的降低，自旋注入的效率变大。这样反常霍尔效应就会变得越来越明显。但是在20K左右，我们发现反常霍尔效应反而比较难以观测。我们认为这与金属材料和半导体材料的电导失配有关。在极低温下，金属材料和半导体材料的电导失配变大，从而减小了自旋的注入。从300K到145K，我们发现样品中电子的浓度是增加的。我们认为这是因为自旋轨道耦合引起的横向电流与磁场罗伦兹力引起的横向电流方向相反。自旋轨道耦合引起的横向电流抵消了磁场洛仑兹力引起的横向电流，从而导致了上述的反常现象。
(3)研究了GaN/AlGaN超晶格在我们特殊制备的电极下的磁电阻效应。我们制备了两种电极，一种是Ti/Al/Ni/Au电极，另一种是普通的Ti/Al/Ti/Au电极.我们发现在厚的Ti/Al/Ni/Au电极下，超晶格的磁电阻要比在Ti/Al/Ti/Au电极下大的多。并且随着温度的降低和磁场的增强而变大。我们也在比较低的电流强度的情况下测量了超晶格的磁电阻。我们发现在低的电流强度下，磁电阻要比较小。我们认为在低的电流强度下电子的自旋扩散长度要比高的电流强度下小。正是因为小的电子的自旋扩散长度才产生了相对小的自旋引起的磁电阻。
(4)研究了纤锌矿AlN中铝空位的自旋态。我们采用CASTEP软件计算了2×2×2超原胞中铝空位的自旋态。我们发现，这样的铝空位有两个自旋态，一个具有总自旋1/2，而另一个具有总自旋3/2。通过计算我们发现这两个自旋态的能量有70毫电子伏的差别，并且低自旋态的能量比较低，也就是基态。我们还发现，在这两个态中超原胞的磁矩分布是不同的。在低自旋态中，铝空位周围四个氮原子中有一个氮原子的磁矩与其他三个氮原子的磁矩相反。而在高自旋态里，铝空位周围四个氮原子的磁矩是一样的。在能带图里我们发现杂志能带出了发生了通常的分裂之外，还发生了自旋的分裂。接下来，我们用一个氢原子代替铝空位，优化完超原胞的晶格常数和原子位置后，我们发现氢原子和同沿(0001)轴的氮原子形成了比较稳固的化学键。整个超原胞的磁矩变成了2μB。最后，我们计算了铝空位之间的铁磁耦合和反铁磁耦合。我们发现铝空位之间的铁磁耦合能量更低。并且在这种耦合形式中，铝空位都处于低自旋态中，再次验证了特殊纤锌矿AlN结构决定了铝空位的低自旋态。