氮化镓(GaN)体单晶为制作高性能GaN基器件提供高质量、大尺寸、任意取向的单晶衬底材料。氨热法由于具有近热力学平衡条件下生长、易规模放大等优点,被认为是一种能够实现GaN体单晶产业化的生长技术。本论文围绕氨热法生长GaN体单晶设备及晶体生长特性展开研究,采用自主搭建的氨热生长系统,优选矿化剂,获得了高质量GaN体单晶,并研究了不同极性面籽晶生长特性,主要研究内容如下:1、自主搭建氨热生长系统。该系统生长温度能够达到600℃,生长压力可以达到300MPa,并通过计算模拟和实验相结合,设计了挡板开孔率及籽晶架结构,优化了高压釜内部温场、流场。系统压力偏差低至0.5MPa/d,验证了设备的稳定性和可靠性。本工作为氨热法法生长GaN体单晶的研究,提供了可靠的保障。2、矿化剂优选及点缺陷研究。探索了酸性矿化剂NH4Cl生长GaN体单晶及其存在的对高压釜腐蚀问题。研究了添加碱性矿化剂KNH2生长GaN体单晶,经过实验条件的优化,实现了高质量c面、非极性和半极性面GaN体单晶的生长,并研究了添加半密封内衬及退火处理对点缺陷的影响。添加半封闭内衬研究结果表明,短周期生长过程中,添加半封闭内衬有效降低釜壁材料相关杂质浓度。3、非极性、半极性GaN体单晶氨热法生长习性研究。使用非极性(10-10)面、半极性(20-21)面和(10-11)面HVPE-GaN籽晶,研究了氨热法GaN体单晶生长习性。观察到了三种不同的表面特征,包括丘状、板岩状和椭球状。通过GaN体单晶的截面测试,观察了不同晶面的生长速率和演化过程。根据生长速率,构建了氨热法GaN生长的动力学Wulff曲线,以预测晶体生长的平衡形态,得到了氨热法GaN体单晶生长的稳定面为m面、{10-11}面和(000-1)面。4、不同极性面HVPE籽晶氨热法GaN体单晶应力分布研究。研究了(11-20)面、(10-10)面、(20-21)面和(10-11)面氨热法GaN单晶的应力分布。阴极荧光(CL)清晰地显示了 HVPE GaN籽晶和氨热法GaN的界面信息;二次离子质谱(SIMS)和霍尔(Hall)测试了杂质浓度和自由载流子浓度。此外,通过Raman光谱E2(high)声子峰频移研究了应力分布。结果表明,氨热法GaN体单晶中的压应力约为35MPa,氨热法GaN界面相对籽晶的压应力约为60MPa。5、氨热法GaN体单晶不同生长区域的特性研究。根据光学性质的不同,生长区域分为Ga-polar、N-polar,wingl和wing2等四个区域。Raman光谱进一步表征了不同区域的应力分布,其中wing2区域相对于其他区域存在约40MPa压应力,对于wing2区域的形成还需要进一步的研究。在氨热法GaN体单晶的生长中,a向侧向生长速率最快,为了进一步扩大籽晶的尺寸,需要利用a向侧向生长的优势。