半绝缘GaAs单晶是生产微波功率器件和高速数字电路的重要基础材料，在国防和民用领域具有广泛的应用。垂直温度梯度凝固法(VGF)是上世纪80年代末期提出的一种新的GaAs单晶生长的工艺技术，目前已成为生长低位错大直径GaAs单晶的主流技术。与传统液封直拉法(LEC)相比，VGF法生长半绝缘(SI)GaAs单晶涉及的深能级缺陷、碳含量控制和高温退火等工艺技术有很大的不同，需要开展详细深入的研究才能获得低位错密度和电学性质优异的高质量SI-GaAs单晶。本论文主要研究了半绝缘GaAs单晶的VGF生长工艺技术、材料性质和缺陷等，取得的主要结果如下：　　 1)为保证VGF-GaAs单晶的半绝缘性能，需要保证EL2的浓度和控制C含量。通过保持VGF生长过程中熔体为富砷状态以及预先掺入碳等措施可获得较好的电学补偿和半绝缘性能。但原生的VGF-SI-GaAs单晶的电阻率(～106Ω·cm)和迁移率低较(3000-4000cm2·V-1·s-1)、均匀性差。通过1160℃的高温退火处理，显著提高了VGF-SI-GaAs单晶中的EL2浓度，增强了电学补偿，提高了电阻率和迁移率。　　 2)利用霍尔效应、红外吸收光谱和热激电流谱等方法分别测试分析了VGF-SI-GaAs单晶的电学性能、EL2浓度和C浓度以及深能级缺陷等，分析了其电学补偿机制和深能级缺陷对其电子迁移率的影响。通过退火处理降低了除EL2外其它深能级缺陷的浓度，提高了材料的迁移率和均匀性。　　 3)通过熔融KOH位错腐蚀和AB腐蚀显微分析，分析了VGF-GaAs单晶位错的分布和结构。VGF法生长的SI-GaAs，具有低位错的特征，从整体上来看，位错在晶体径向和轴向分布不均。在晶片内部，高位错区具有四重对称性；从轴向来看，晶体尾部位错密度明显要高于头部。X射线双晶衍射分析表明VGF-GaAs单晶具有良好的的晶格完整性，但在晶体的尾部，XRD摇摆曲线半峰宽高达25弧秒，表明结晶质量下降。利用PL Mapping，我们得到了缺陷在晶体中的分布和聚集状况。