氮化镓（GaN）由于其禁带宽度大、化学性质稳定、耐高温、迁移率高等优点，在光电与功率微波器件方面得到了广泛的应用。目前GaN缺少同质外延材料，一般都是采用MOCVD法进行异质外延生长。目前的商用GaN基器件中，蓝宝石成为应用最广泛、技术最成熟的衬底，但是Si衬底与蓝宝石等衬底相比，具有尺寸大、成本低、工艺技术成熟、热导率高、未来可能与Si基微电子器件集成等优点，迅速成为了GaN材料外延生长的热点衬底材料。但是与蓝宝石衬底相比， Si衬底GaN外延存在很多技术困难：首先GaN在高温条件下易与Si发生剧烈的合金反应，从而腐蚀衬底和外延层；其次，由于GaN和Si衬底之间存在较大的晶格失配和热失配，会在外延层中造成大量的缺陷和位错，引起外延层龟裂等一系列的问题。本文将针对以上的情况，系统的讨论在Si衬底上外延生长GaN材料的工艺，主要的研究过程如下：(1).研究了Si衬底预铺Al原子的最佳时间，结果表明：高温预铺Al原子的时间对于抑制衬底表面的氮化，阻止SixNy多晶的生成有着重要作用，实验得到的最佳时间为12s。(2).研究了Si衬底上高温脉冲法生长AlN缓冲层的工艺条件，并对其生长厚度进行了优化：实验表明AlN缓冲层不仅可以阻止Ga原子和Si原子之间的合金反应，抑制位错的延伸，同时还可以在后续生长的GaN外延层中引入一定的压应力，减少裂纹。实验得出的缓冲层的最佳厚度为80nm。(3).采用双AlN缓冲层结构，在两层高温AlN层中插入一层低温AlN层：实验表明，低温插入层对减少外延层中裂纹的数量有着重要作用，但在一定程度上降低了GaN外延层的结晶质量。(4).在AlN双缓冲层的基础上生长渐变Al组分AlGaN插入层：实验结果表面渐变Al组分插入层对减少GaN外延层中的裂纹和提高GaN晶体的结晶质量具均有特别重要的意义，尤其对GaN外延层的表面形貌的改善有着重要作用，我们对插入层的个数和厚度都做出了一定的优化，得出了最优的插入层的个数和厚度。