Si作为第一代半导体材料，其生产工艺已经非常成熟，尺寸也在不断增加，成本在不断降低，微电子加工工艺及湿法腐蚀工艺也非常成熟，因此Si在半导体市场中占有非常重要的地位。但Si是间接带隙的半导体材料，这限制了其在光电器件方面的发展。氮化镓等Ⅲ族氮化物作为直接带隙的半导体材料，在发光方面具有非常明显的优势。Ⅲ族氮化物其带隙在0.69eV到6.02eV可调，其发光范围非常广泛，覆盖了紫外波段到红光波段，成为发光器件非常理想的半导体材料，因此称其为第三代半导体材料。以GaN为例，因为自然界中很难得到大的体单晶材料，因此GaN的生长主要是通过异质外延的方法得到的。本文使用Si(100)单晶作为GaN异质外延的衬底材料制作LED。本论文安排如下:　　第一张绪论:介绍第一代半导体材料Si的结构、性质、应用;介绍第三代半导体材料GaN及Ⅲ族氮化物的结构、性质以及应用;介绍异质外延方法和设备;介绍Si衬底外延GaN存在的问题，优化方法以及当前研究热点;介绍本论文研究内容与意义。　　第二章Si(100)图形衬底的制备:介绍Si(100)衬底的各项异性腐蚀原理以及工艺;介绍两种Si(100)图形衬底:倒金字塔阵列结构图形衬底和倒梯形坑阵列结构图形衬底，重点分析倒梯形坑阵列结构图形衬底的制备条件的调节以及得到符合要求的外延衬底的原因分析。　　第三章倒金字塔阵列结构图形衬底LED全结构外延及表征:本章重点介绍以100×15的倒金字塔图形衬底外延的LED结构。此结构的外延层在顶部进行了合并，顶部的两个交叉面为(1-101)的半极性面。本章对此结构的特性进行了表征以及分析，包括多种测试手段，如SEM，TEM，AFM，PL，CL，Raman等。此结构为大面积半极性面量子阱发光，这相比于极性面量子阱发光，量子限制斯塔克效应减弱。另外，此结构的合并区域出现了立方相的GaN，立方相的GaN无极性。这两点都使此外延结构在光电器件的制作以及应用方面更具有优势。本章也介绍了以200×20的倒金字塔图形衬底外延的LED结构的特性。此结构发光面包括极性面c面和半极性面(1-101)两个面，其发光波长在不同位置有所不同，其与量子阱所在的面以及量子阱的厚度等相关。　　第四章倒梯形坑阵列结构图形衬底LED全结构外延及表征以及电极设计:本章外延LED全结构使用的衬底为100×15的倒梯形坑图形衬底，其与100×15的倒金字塔图形衬底外延LED的结果有一些相似之处，也有一些不同。本章还对以上两章图形衬底后期的电极的设计工作进行了详细介绍。本文将重点介绍两种结构的LED，一是正装结构的LED，通过光刻版的设计，将n-GaN刻蚀出来，后在n-GaN以及p-GaN上沉积电极后进行点亮。其细化步骤将在后期逐渐增加，以提高出光效率等;二是垂直结构，此种方法在p-GaN上沉积金属作为P电极和支撑，后将Si完全腐蚀掉，裸露出n-GaN。在n-GaN上沉积ITO和金属制作成N电极，进行点亮。但此种方法面临着一些困难，在文章中有具体的分析与探究。　　第五章对本论文工作进行总结。