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氮化镓(GaN)材料是室温下具有3.4eV的直接宽带隙半导体材料，其禁带宽度大，能够满足高亮度二极管(LED)、激光二极管(LD)以及抗辐射器件和高密度集成电子器件对其光电性能的需求。GaN材料物理、化学性质稳定，具有高饱和电子漂移速度、高击穿场强及高热导率等特殊性能，是发展高温、大功率电子器件的优选材料。GaN纳米材料以其优良的物理特性以及在制备纳米器件等方面的潜在应用，成为研究者关注的热点。通过掺杂，GaN带隙可以覆盖从红外到紫外的光谱范围，并表现出特殊的光、电、磁性能。由于不同掺杂对GaN改性效果不一样，人们可以获得应用范围更加广泛的GaN材料。为此，本课题对GaN纳米晶的制备、掺杂以及反应机理进行了研究。
研究一，采用管式炉氨气(NH3)直接氮化氧化镓(Ga2O3)制备-GaN纳米晶，在NH3流量为25L/h的条件下，通过对氮化温度和时间工艺参数控制实验，结合XRD、SEM和PL性能测试，分析了NH3直接氮化Ga2O3的氮化反应机理。研究得出，NH3直接氮化Ga2O3的最佳反应温度条件为1100℃。反应初期，Ga2O3和NH3分解出的Ga、N原子首先复合，反应生成GaN，该过程非常迅速，致使产物GaN中含有大量的晶格缺陷；反应中期，Ga2O3变化为含有大量晶格缺陷的GaN，并产生结构重排，该过程促进了纳米晶粒度的均匀分布。反应后期，重排机制变化为热分解-重结晶机制，因此，必须严格控制反应时间，以免纳米晶的分解及重结晶后团聚，团聚后的GaN蓝光发光性能变差。因此，在1100℃的反应条件下，最佳的反应时间为1h～1.5h。
研究二，采用微波水热法和高温氮化两步法生长GaN。其中微波水热法制备出的前驱体在还原性气体NH3氮化的作用下可以得到粒度分布均匀的GaN纳米晶，其平均颗粒尺寸在5～7μm以内，GaOOH的形貌呈现出棒状单晶；对比直接氨化Ga2O3合成GaN的方法，微波水热处理的Ga2O3粉体氮化后所得到的GaN产物粒径分布较均匀，并通过自组装成特定的棒状形貌。实验表明微波水热法在湿化学法制备GaN纳米晶中，具有较佳的应用前景。研究还得出，微波水热法制备前驱体过程中的主要影响因素是微波反应温度、时间和pH值，微波温度和时间能够影响前驱体纳米晶的生长特性，升温可使晶格热震动加剧并通过Ostwald熟化过程从最初的纺锤体晶生长成棒状形貌，从而间接影响到GaN纳米晶的发光性能；pH值能够影响晶体成核和生长速率，从而影响纳米晶的结晶度和长径比。实验发现微波水热法合成前驱体的最佳条件是：pH=7～8，微波温度为150℃，微波时间为20min；制备GaN纳米晶的最佳反应条件为950℃，保温1h。
论文还尝试了采用两步法合成稀土Eu3+掺杂GaN的实验研究。对掺杂离子的最大掺杂量做了测试分析，结果显示：当Eu3+的掺杂度在0.6％时，合理控制好氮化温度和时间条件下，既能制备出由多个纳米晶自组装合成的GaN多晶棒，又能提高GaN的发光性能。