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基于铁电薄膜与半导体集成技术而发展起来的集成铁电学及相关集成铁电器件，已成为凝聚态物理、材料科学、信息科学与能源科学等学科的交叉前沿与研究热点，在新型铁电场效应晶体管、铁电存储器、智能传感器及微机电系统等诸多领域具有广阔的应用前景。近年来，以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料受到了广泛的关注与研究开发，源于其具有宽的禁带宽度、高的饱和电子漂移速度、大的临界击穿电场强度、高的工作温度等诸多优势。然而，铁电薄膜与GaN基半导体的集成尚属初始研究阶段，结果鲜有报道。目前，有关铁电薄膜的GaN基集成也只涉及少数几种传统铁电材料，如锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)、锰酸铱(YMnO3)、铌酸锂(LiNbO3)等。其中，BiFeO3(BFO)作为一种为数不多的室温单相多铁材料，具有铁电性和反铁磁性，其较大的铁电极化和高的居里温度(TC=1103K)适合于集成铁电学应用。同时，钛铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，PMN-PT)是一种典型弛豫铁电材料，与传统铁电材料相比具有高介电常数、大压电系数和更优异的铁电极化性能。然而，BFO、PMN-PT与GaN之间存在较大的晶格失配度，实现其在GaN上的外延生长十分困难。 为此，我们采用脉冲激光沉积技术，引入合适缓冲层，实现BiFeO3和PMN-PT薄膜与GaN基宽禁带半导体的高质量外延集成，建立BiFeO3和PMN-PT外延薄膜的电学性能与微观结构之间的构效关系，实现电学性能的可控性。具体研究内容和实验结果如下: (1)引入LSMO/TiO2双缓冲层使得赝钙钛矿相BiFe0.95Mn0.05O3(BFMO)(111)与六方相GaN(0002)之间的晶格失配度由12.4％降到1.4％，优化了界面，实现了高度(111)取向的BFMO薄膜在GaN衬底上外延生长。同时，BFMO薄膜的剩余极化强度增强了92％，从60μC/cm2增加到115μC/cm2。 (2)在GaN衬底上，引入TiO2缓冲层构建了(111) BFO/(111) LSMO反铁磁/铁磁异质结，研究其界面处磁电耦合效应和交换偏置效应。在低温下(＜100K)，BFO/LSMO异质结相对LSMO薄膜磁动量有所增强，且在4K时，BFO/LSMO异质结出现弱的交换偏置现象，交换偏置场HE为～10 Oe。该效应源于界面处BFO薄膜中Fe3+与LSMO薄膜中Mn3+/Mn4+相互耦合，引起电子轨道重构和自旋-轨道交换耦合。 (3)引入LSCO/TiO2、 LSMO/TiO2双缓冲层和TiO2缓冲层，研究不同缓冲层对PMN-PT薄膜在(0002) GaN衬底上生长结晶性、取向性及铁电性能的影响机制。结果表明，引入TiO2缓冲层有效的减小了PMN-PT薄膜与GaN衬底之间的晶格失配度，由10.6％减小到3.90％，PMN-PT薄膜在(111)方向择优生长。引入LSCO/TiO2、LSMO/TiO2双缓冲层，进一步减小晶格失配度，且LSCO与LSMO可作为底电极测试薄膜电学性能。对比不同缓冲层制备的PMN-PT薄膜的铁电性能可以得到，LSCO/TiO2与LSMO/TiO2双缓冲层虽然提高了PMN-PT薄膜的结晶质量和在(111)方向上的择优生长，然而，直接生长在GaN基片上多晶的PMN-PT薄膜具有最优铁电性能，剩余极化强度达到～45μC/cm2。