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GaN是第三代半导体材料,具有较高的禁带宽度,较高的电子饱和速度以及良好的稳定性,在光电器件以及电子器件领域都有很大的优势。GaN基半导体材料具有直接带隙的特点,可以制备高效率的半导体光电器件,同时GaN、In N和AlN合金的禁带宽度可以连续覆盖0.7e V至6.2e V,其对应的发光波长也覆盖了整个可见光波段,因此GaN基半导体材料已经成为光电器件应用中不可替代的材料。对于电子器件,GaN基材料具有强极化的特点,常规GaN材料中较强的极化效应会在Al GaN/GaN异质结界面产生高密度的二维电子气,二维电子气具有极高的电子迁移率,可以大大提升电子器件的工作频率,制备高电子迁移率晶体管。然而对于常规的Ga极性面GaN光电器件而言,这种较强的极化效应会产生很大危害,较强的极化效应会使能带发生弯曲并且导致空穴和电子在空间上的分离,从而影响空穴和电子的复合,进而导致LED发光效率的降低以及发光波长的红移。为了消除常规Ga极性面的极化效应对GaN基光电器件带来的负面影响,可以采用N极性面GaN材料或者非极性GaN材料来替代常规的Ga极性面GaN材料。目前无论是N极性面GaN材料还是非极性GaN材料,在应用过程中均面临一些困难,首先常见的N极性面GaN材料或者非极性GaN材料的材料质量较差,与现有Ga极性面GaN材料差距较大,很难满足应用需要,另外N极性面GaN材料中还存在较高浓度的背景载流子。为了解决两种材料的材料质量较差以及N极性面GaN材料的背景载流子过高的问题,本文选用基于氢化物气相外延（HVPE）技术的GaN体材料作为衬底,对N极性面GaN和非极性GaN材料的外延生长工艺进行了优化,提高了两种材料的生长质量,同时对所制备材料的光学特性和电学特性进行了分析与研究。本文的主要研究成果如下:1.采用金属有机物化学气相淀积（MOCVD）工艺,在普通蓝宝石衬底和斜切4度的蓝宝石衬底上制备了N极性面GaN材料,其中采用斜切蓝宝石衬底的N极性面GaN样品相对于普通蓝宝石衬底的样品位错密度下降了大约1个数量级。接着通过改变MOCVD工艺中Ga源的流速调整了生长V/III比,在N极性面GaN体材料衬底上获取了高质量的N极性面GaN同质外延样品,所获得的样品的最低位错密度为3.93×106 cm-2,比目前常见的N极性面GaN材料位错密度低大约三个数量级,通过拉曼、光致发光谱测试和霍尔测试进一步证明了优化Ga源的流量对提升材料晶体质量十分有效。2.MOCVD工艺生长过程中Ga源流速的不断降低导致了样品中C杂质含量的降低以及Ga空位缺陷密度的升高,结合高分辨X射线衍射（HRXRD）中摇摆曲线对刃位错的计算以及光致发光谱测试结果排除了刃位错和Ga空位对GaN材料中黄光带影响,同时证明了C杂质才是N极性面GaN材料中黄光带的主要成因。3.通过对MOCVD工艺中V/III比的优化降低了N极性面GaN样品中的背景载流子浓度,Ga源流速的降低至25%后样品的背景载流子浓度减少了约95%。同时由于样品的载流子迁移率受到样品晶体质量以及背景载流子浓度的共同影响,晶体质量最好并且背景载流子浓度较低的样品载流子迁移率最高。4.在非极性m面GaN体材料衬底上获得了高质量的m面GaN外延、AlN/GaN异质结,同时在m面GaN体材料上获得了m面AlN材料,SEM测试结果表明生长GaN和AlN/GaN异质结材料的样品表面整体较为平整,而经过生长250 nm厚度AlN材料的样品表面较为粗糙,结晶度较差。HRXRD测试结果表明非极性m面GaN样品的材料质量较高,而在生长了250 nm AlN材料的样品上GaN材料的质量发生了退化,同时其AlN材料的结晶质量较差。5.由HRXRD的摇摆曲线测试、扫描电子显微镜测试的能谱分析结果、拉曼测试、光致发光谱测试以及X射线光电子能谱测试进一步对比了非极性m面样品的晶体质量,其中m面GaN样品的晶体质量最好,而m面AlN材料样品的表面结晶程度较差且AlN材料在样品表面的分布不均匀。