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作为继Ge、Si和GaAs、InP之后的第三代半导体材料，GaN基材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，尤其是在电子学和短波光学器件领域的应用已经引起人们的极大关注。目前单晶体的GaN基材料主要是在蓝宝石(Al2O3)和SiC衬底上进行异质结构的外延生长，但是蓝宝石基器件的加工过程需要复杂的工艺而SiC衬底价格非常昂贵。
Si衬底因具有价格低廉、易解离、生产规模大、较好的导电和热导性等优点而引起人们的关注。但是Si(111)衬底与GaN晶格失配达到17％，热膨胀失配达到56％，因此在Si(111)上生长的GaN的表面裂纹密度较大，晶体质量不高。
高温A1N作为成核层可以有效地减小GaN外延层中的位错密度，提高晶体的质量;缓解GaN外延层降温过程中的应力，降低GaN外延层表面的裂纹密度。本文通过优化A1N成核层的厚度、Ⅴ/Ⅲ比、H2/N2载气比等生长参数来改善Si基GaN外延层的晶体质量和表面形貌。