GaN晶体材料因其具有较高的电子迁移率和热导率,高化学稳定性,耐腐蚀等优点,被广泛应用于光电子器件和高频微波器件,但是由于缺乏GaN单晶衬底材料,目前器件大多是在蓝宝石、SiC等单晶衬底上进行异质外延制备而成,由于衬底材料和外延生长的器件之间存在较大的晶格失配和热失配,造成了在经过高温生长的器件中残余有较大的应力,大大降低了器件的性能,而获得自支撑GaN单晶衬底材料可以在根本上解决这些问题。氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy-HVPE)方法生长GaN单晶,具有生长速率高,设备相对简单,所需成本较低等优点,因此被认为是生长GaN晶体最具有前景的生长方法。本文采用HVPE方法生长GaN晶体,并通过使用图形衬底、腐蚀衬底等技术降低位错密度和残余应力,利用EBSD技术分析异质外延系统中的晶体取向和晶格失配,并提出了一种由晶体取向计算应力的方法,得到了异质衬底外延生长GaN中的应力分布。论文主要取得了以下成果：1.研究了GaCl载气流量对GaN晶体质量的影响,发现在GaCl载气流量为1.3slm时(0002)和(10-12)衍射峰半峰宽最小,说明此时生长的晶体位错密度最低质量最好。室温PL测试发现每个样品都具有很强的带边发射峰,仅在GaCl载气流量较高时生长的GaN单晶样品处2.26-2.29eV处存在一个很弱的黄光发射峰,说明样品质量较好；通过拉曼光谱E2(high)峰位的移动,发现当GaCl载气流量为1.3slm时样品具有最低的残余压应力为0.36GPa; AFM表征样品的表面形貌发现GaN单晶的生长都是台阶流生长模式。六方GaN晶体的A1(LO)峰是LOPC模式,对峰形进行了拟合,得到了不同GaCl载气流量下生长GaN单晶样品的载流子浓度和迁移率。2.研究了磷酸腐蚀对MOCVD-GaN腐蚀坑形貌的影响,并利用腐蚀衬底生长出自支撑GaN晶体。首先研究了腐蚀时间对腐蚀坑形貌和大小的影响,利用磷酸短时间对MOCVD-GaN进行腐蚀,会出现常见的六边形腐蚀坑,当延长腐蚀时间到腐蚀坑的深度达到了MOCVD-GaN层厚度时,磷酸能够腐蚀到N面GaN,就会产生了独特的十二面锥形结构。我们根据六方纤锌矿结构对称性和晶体结构参数,计算出该结构出现了两套晶面,其晶面指数分别是(4,-1,-3,-4)和(3,1,-4,-4)。利用这种具有N面腐蚀十二面锥形结构的蓝宝石/MOCVD-GaN衬底进行HVPE生长,在生长GaN厚度较大时能够实现自剥离,获得自支撑GaN晶体,在生长时十二面锥形貌转变为六面锥。通过拉曼光谱对HVPE生长GaN晶体的应力进行了分析,结果显示自支撑GaN晶体中的应力远小于普通衬底生长的样品。3.研究了在具有六方周期排列Si02图形掩模的蓝宝石/MOCVD-GaN衬底上进行HVPE生长GaN晶体的生长规律。通过EBSD的菊池衍射花样和极图分析,确定了异质外延体系中GaN和蓝宝石衬底之间的晶体取向关系是c面相互平行,GaN晶格在面内相对于蓝宝石衬底晶格发生了30°的旋转。根据这一晶体取向关系和晶格参数,分别使用两种方法计算得到GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配为16.1%和13.8%。由于较大的晶格失配和热失配的存在,蓝宝石衬底上生长GaN的晶体取向偏离理想方向的程度在靠近界面处最大,随着生长厚度增加后逐渐接近理想方向。通过拉曼光谱分析发现图形衬底上生长的GaN晶体的残余应力,比平板衬底上生长的GaN晶体大大下降,说明图形衬底产生空隙的生长模式能够有效的释放GaN晶体中的应力。4.利用EBSD技术得到的晶体取向信息,分析了蓝宝石衬底上异质外延生长GaN晶体中晶体取向分布情况,提出了一种利用晶体取向信息计算晶体中应力的新方法。我们使用这种方法分析了蓝宝石衬底/GaN异质外延结构GaN晶体的应力分布情况,发现了应力分布的规律是距离衬底越近时应力越大,随着厚度增加应力值减小,达到一定厚度之后应力值保持不变。同时,我们对这一异质外延体系中GaN的应力进行了理论计算,并使用拉曼光谱对应力分布进行了验证。这种利用EBSD分析晶体材料中应力的方法也可以推广到其他晶体材料中。由于EBSD测试具有的独特优势,这种理论的提出为分析晶体材料的性质提供了新的思路。5.通过EBSD技术分析了6H-SiC衬底上HVPE生长GaN晶体的晶体取向,对外延体系的晶体取向关系进行了分析,并与蓝宝石衬底生长GaN的晶体取向关系进行了比较,发现在6H-SiC衬底上生长的GaN晶体取向没有发生相对衬底的旋转,这和蓝宝石衬底是不同的。根据晶体取向关系和晶格参数,计算了GaN和6H-SiC衬底之间的晶格失配,发现其失配度很小,因此能够有效降低外延生长GaN的位错密度和残余应力。同时还对蓝宝石衬底中产生的小角晶界进行了EBSD分析,研究了小角晶界两侧的晶体取向偏差。