GaN作为第三代半导体材料，因其优良的特性，日益成为研究的热点，在微电子和光电子领域具有十分广阔的应用优势和发展前景。 本论文采用电子回旋共振（ECR）微波等离子体辅助金属有机物化学气相沉积（PAMOCVD）方法，以氮等离子体为氮源，研究了大晶格失配（14％）异质结GaN/Al₂O₃（0001）的低温（700℃）外延生长。为了释放因晶格失配产生的应力，以降低在GaN外延膜中引起的缺陷密度，我们对蓝宝石衬底采用了氢等离子体清洗、氮等离子体氮化以及低温生长缓冲层的方法。我们用X射线衍射（XRD）来表征晶体的结构，用原子力显微镜（AMF）来表征表面形貌。通过高能电子衍射仪（RHEED）、对实验结果进行分析比较，对GaN薄膜的清洗、氮化、缓冲层和外延生长实验参数进行了优化。XRD和AFM的结果表明，我们在蓝宝石衬底上获得了晶质良好的GaN薄膜。实验中采用了氢氮混合等离子体清洗的方法，提高了清洗的质量。文中讨论了氮化层的原子排列点阵相对于蓝宝石衬底（0001）面旋转了30°的机理；解释了在六方相的缓冲层上在较低温度下外延生长GaN的过程中出现立方相GaN的现象。另外，在分析实验流程的特点的基础上，对ESPD-U半导体薄膜生长实时监控系统作了改进。