发光二极管（Light Emitting Diodes,LEDs）具有体积小、能耗低、坚固耐用、高效环保等诸多优点,其主要制作材料为Ⅲ族氮化物。目前工业上一般采用异质外延的方式来生长Ⅲ族氮化物材料,由于衬底与外延材料之间有较大的晶格失配,得到的氮化物薄膜内存在很大的应力与缺陷密度,导致核心发光层质量下降,最终使得LED器件的性能低下。随着二维原子晶体的出现,以石墨烯（Graphene,Gr）为首的二维材料在光学和电学等各个领域均表现出了巨大的应用前景,其层与层之间通过范德华力（van der Waals,vdW）相互结合,外延生长方式为范德华外延,这为解决衬底与外延层之间的晶格失配提供了新思路。得益于电子显微学的发展,人类的分辨极限扩展到了原子尺度,这为人们能够从最基础的原子层面来理解相关材料的物理化学性质提供了便利。本论文从Ⅲ族氮化物材料的生长难点入手,在生长体系中引入石墨烯缓冲层来改善衬底与外延层之间的晶格失配与热失配,并结合先进的电子显微学分析方法,首先分析了石墨烯/蓝宝石（Sapphire,α-Al₂O₃）的界面结构为C-O-Al,并深入讨论了石墨烯对蓝宝石衬底表面弛豫的影响,为后面基于石墨烯/蓝宝石体系的材料生长奠定了基础;其次,系统分析了石墨烯在氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）成核、降低位错密度、弛豫界面应力以及构筑LED等方面的作用。研究结果表明石墨烯的存在,极大地降低了外延材料的双轴应力与位错密度,对于GaN材料,其应力降为⁰.16 GPa,平均位错密度变为¹0⁷cm^-2,基于此构筑的蓝光LED在注入电流为350 mA时的输出功率为⁹0 mW,相比于传统方式制备的LED提高了²0%;对于AlN材料,其应力降为0.11 GPa,平均位错密度低至¹0⁸cm^-2,基于此构筑的紫外LED在注入电流为80 mA时,其输出功率达到1.7 mW。此外,实验中所用的一步高温生长的方法缩短了氮化物材料的生长时间,降低了时间成本。本论文提出了一种氮化物外延生长的通用方法,为石墨烯在LED器件中的应用奠定基础的同时,也为当前LED的工业化生产提供了有用的参考价值。