中文摘要：

采用精确实验和热力学计算相结合的方法，系统研究GaN与助熔剂体系（包括碱或碱土金属等）三元或赝三元系在常压和高压下的相关系和热力学性质。在系统优化二元相关体系的基础上，将获得的可靠热力学优化参数，并结合实验数据，扩展至三元体系的相关系计算，同时研究相关氮化物的合成规律，掌握GaN与助熔剂的热力学相互作用规律，获得利于在较低温度和压力下生长高质量GaN单晶的最佳助熔剂及其成分配比和生长条件，为GaN体单晶生长提供重要的理论指导。有关GaN与碱（碱土）金属体系的相关系的数据严重缺乏，目前几乎是空白。通过本项目的研究，不仅可认识GaN与助熔剂体系的相互作用规律，积累相关重要热力学数据，而且对生长其他氮化物晶体也具有重要的指导意义。

结论摘要：

GaN是一种优异的第三代半导体材料，但目前异质外延生长的GaN产品因GaN和衬底晶格与热膨胀失配使其产品质量和应用受到了限制。采用条件温和的助熔剂法生长GaN晶体，用于同质外延生长高质量的GaN器件，具有重要的研究价值。目前以Li，Ca和Na做助熔剂生长GaN已有报道，然而实验仍停留在摸索阶段。GaN与Li、Na、Ca和Ba等助熔剂体系相关系和热力学性质研究不足，使得GaN晶体生长实验具有较大盲目性。本项目采用相图计算 (CALPHAD)方法对GaN与助熔剂体系的热力学进行了系统评估，优化计算了各二元相图，获得了可靠的热力学参数和热力学自洽性的相图；为了避免生长过程中副产物－复合氮化物Li3GaN2、Li6WN4、LiCaN等的影响，对三元氮化物的合成、晶体结构和稳定性等方面进行了细致的实验研究。将二元体系结果外推至三元系，合理预测了Li-Ga-N、Ba-Ga-N、Ca-Ga-N和Na-Ga-N体系不同温度下的等温截面。建立了无文献报道的GaN与助熔剂三元体系相关系，搞清楚了复杂体系中组元间的相互作用，获得了利于GaN生长的理论成分范围，为采用助熔剂法生长GaN单晶提供了重要理论依据。