相比于Ga面GaN基外延材料,长期以来N面GaN基外延材料的表面形貌与结晶质量均很不理想。然而,通过研究人员的不懈努力,在2007年前后首次通过MBE及MOCVD在蓝宝石和C面SiC衬底上实现了较高质量的N面GaN基外延薄膜与HEMT器件。国内相关研究目前均处于起步阶段。本文的主要工作和研究成果如下:1.分析了不同应力和层结构下N面GaN/AlGaN异质结的自发极化与压电极化效应对异质结界面处极化电荷浓度σ（X）的影响,理论计算得到了由极化电荷感应出的2DEG的浓度nS（X）,阐述了Al_XGa_1-XN势垒层厚度及Al组分对2DEG的浓度的影响。2.根据大量实验并结合国外相关成果探究了MOCVD外延生长N面GaN过程中一些关键工艺对于晶体生长机理及薄膜质量的影响。并简要对比了实验样品晶体质量与同期国外领先水平的差距。还介绍了①XPS或热稳定性,②CBED,③表面重构、化学稳定性或CAICISS等判定GaN外延薄膜极性的方法。3.较为全面、系统的研究了N面GaN基材料中位错的形成、分布、生长方向及组成比例等问题,进而分析了位错对于载流子的输运、复合等行为造成重要影响;接着对N面GaN基材料体内的微观缺陷与宏观缺陷的形成机制及其对外延薄膜特性的影响做出了详细讨论。从生长机理入手,对比研究了衬底、成核层、极性对GaN外延薄膜面内应力的影响以及N面GaN外延薄膜面内压应力自调节效应。通过能带理论解释了N面GaN与Ga面GaN外延薄膜PL谱之间的差异;并通过XRD,SEM测量结果研究了在刻蚀的不同阶段N面GaN基材料IYL/IBE随刻蚀时间下降的主要原因。