能用于器件制备的优质GaN极性及非极性衬底是解决目前GaN基光电器件发展瓶颈的主要途径，而氢化物气相外延法(HVPE)是目前实现GaN同质衬底最主要的方法。HVPE法制备GaN同质衬底存在的两个主要问题就是厚膜的开裂和缺陷以及如何实现GaN与衬底的分离，本论文针对这两个关键问题展开研究工作，实现2英寸自支撑的GaN同质衬底。　　 主要研究内容如下：　　 一.采用Fluent有限元方法对三种HVPE水平反应室的流场和温度场进行数值模拟分析，包括同心圆流场反应室、垂直交叉流场反应室和水平层流场反应室。并结合实验优化，得到了较好质量的无色透明GaN厚膜，研制了适用于氮化物生长的水平式HVPE设备。　　 二.研究分析了GaN厚膜中存在的常见缺陷及形成原因，如开裂、衬底的翘曲、表面六角形的Pit缺陷、金字塔形缺陷及内部的柱状缺陷。实验中观察到厚膜中存在不同尺度的表面六角坑，并研究了其不同的成因。通过优化生长参数包括生长温度，氯化氢、氨气流量等，有效控制上述缺陷的形成提高晶体质量。尝试采用低温插入层、图形衬底、侧向外延的方法来释放生长过程中的应力以减少生长过程中出现的裂纹。　　 三.从理论上模拟了GaN—sapphire双层膜结构的应力分布，并与实验进行了比较，分析了双层膜结构应力随厚度的变化趋势。研究发现随GaN厚度的增加，GaN表面由压应力变为张应力，解释了GaN的开裂问题；另外通过对界面处剪切应力的分析，厚膜中的裂纹会引起局部区域GaN与sapphire的脱落现象；通过理论分析提出解决厚膜开裂和实现GaN与sapphire分离的方案，在GaN和sapphire界面处引入突变边界会引起应力的聚集，边缘聚集的拉应力会导致边界的扩展，通过优化突变边界的尺寸可实现GaN与sapphire的整片分离，在理论的基础上首次采用专利技术的激光预剥离辅助方法，利用失配应力实现2英寸GaN与sapphire的完整分离，得到毫米量级厚度的2英寸GaN自支撑衬底。　　 四.初步研究了MOCVD生长的非极性a面GaN面内形貌、质量和应变的各向异性的成因，并在MOCVD模板上用HVPE法生长了GaN厚膜，分析了厚膜中位错减少的各向异性，提出一种无掩膜侧向外延的机制，为进一步实现非极性GaN衬底做基础研究。