在石墨烯/氧化铝衬底上通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)范德华外延生长的氮化镓(GaN)可以减少由于氮化镓与衬底严重晶格失配产生的缺陷.然而,石墨烯表面缺少悬挂键导致氮化镓成核位点很少,因此,常利用薄层AlN或ZnO纳米壁作为中间层沉积于石墨烯上.在无缓冲层的氮掺杂石墨烯上,我们利用MOCVD法成功地直接获得低应力(0.023 GPa)和低螺位错密度(9.76×10~7 cm~(-2))的高质量氮化镓晶体.第一性原理计算结果表明,与本征石墨烯相比,氮掺杂石墨烯表面对镓原子的吸附能力明显提高,这与氮化镓低温生长成核实验观察到的结果一致.在大多数情况下,氮化镓在经过氮原子预处理的单层石墨烯上倾向于形成C-Ga-N和N-Ga-N的成核位点.本研究证明了通过界面调控可在氮掺杂石墨烯上生长高质量的氮化镓薄膜,是一种有效的原子调控方法.本方法为新型半导体器件的工业发展提供了新思路.