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本学位论文围绕硅衬底GaN基材料的生长和器件研制展开了深入研究，通过对MOCVD外延机制的理论分析，基于不同的硅衬底技术，成功外延了GaN不同尺寸的晶圆，对其相关性能进行了表征分析，并完成了器件研制和测试。本论文主要旨在解决硅衬底GaN外延中的热失配问题。主要结果总结如下: 1.开发了图形化Si(100)衬底的制备方法。 2.研究了图形化Si(100)衬底上的预铺Al技术，发现图形化Si(100)衬底由于槽内TMAl分布密度较低，其预铺Al效率较低，需要更充分的反应时间或更大的摩尔量。比较了不同低温AlN成核层生长气压下AlN层的晶体质量和表面形貌，优化了低温AlN成核层工艺。 3.在4英寸图形化Si(100)衬底上外延了表面形貌平整GaN薄膜。晶圆翘曲率、TEM和XRD结果共同表明，相比平面Si(111)衬底，图形化Si(100)衬底上外延GaN的内在应力和穿透位错得到明显抑制。 4.实现了在4寸V型槽Si(100)衬底上半极性{1-101}InGaN/GaN MQWs的生长，材料表征显示该GaN表面平整，量子阱具有很好均匀性，界面平整且锐利;成功制备了microstripe LED整列，器件开启电压为3.2V，发光功率1.83mW，峰值波长480nm，半极性的LED随着驱动电流增大表现出较小的蓝移，说明半极性器件具有较小的量子限制斯塔克斯效应。 5.在V型槽Si(100)衬底上实现了c面InGaN/GaN MQWs的生长和LED器件的制备:研究了硅烷掺杂对AlN/AlGaN缓冲层的影响，发现了低掺杂有助于晶体质量的提高;对多层量子阱均匀性进行了表征;制备了microstripe LED阵列;对器件的电致发光光谱研究表明高温高压则有助于量子阱质量的提高。 6.通过对AlGaN缓冲层的铝组分和生长条件的优化，成功外延了8英寸硅基3.91um AlGaN/GaN HEMT材料，厚度均匀性为0.499％;晶圆曲率被很好的控制在-12um; GaN的晶体质量较好，GaN(002)和(102)X射线衍射半峰宽分别为410.4 arcsec和550.8 arcsec;而外延层表面粗糙度仅0.285nm，Hall测试表明，样品具有极高的迁移，约1910 cm2/Vs，二维电子气密度为1.246E13cm-2。 7.通过采用单层AlGaN缓冲层技术，并优化外延GaN和nGaN的厚度及生长条件，我们成功外延了8英寸无裂纹的nGaN晶圆。晶圆外延层厚度约为4.346um，厚度均匀性为1.085％;晶圆曲率被很好的控制在36um;而外延层表面粗糙度仅0.412nm; GaN的晶体质量较好，GaN(002)和(102)X射线衍射半峰宽分别为282.0 arcsec和318.0 arcsec。