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GaN材料因为其本身较高的电子迁移率和热导率，很高的化学稳定性，作为宽禁带直接带隙的半导体的代表性材料之一，被广泛应用于光电器件及高频微波器件，特别是作为实现蓝光LED的基础材料，对于推动LED照明事业起到了至关重要的作用。GaN基器件由于GaN衬底的缺乏，目前主要仍然是在蓝宝石、SiC或Si等衬底上进行异质外延所得，异质外延存在较大的晶格失配和热失配，在高温生长中会造成较大的应力，以及GaN晶体中较高的位错密度，大大降低了器件了性能与使用寿命。 制备自支撑GaN衬底是研究的目标。自支撑GaN衬底的制备可以分为两个主要步骤，第一步是在蓝宝石等衬底上外延高质量的GaN厚膜晶体，出于生长速率等综合考虑，HVPE和氨热法是目前制备GaN厚膜材料的主要方法。第二步则是GaN材料与衬底的分离，自剥离与激光剥离方法是最常使用的两个方法。自剥离方法利用外延层与衬底热失配所产生的热应力来实现GaN外延层的分离，具有工艺简单，无晶格损伤等优点，本课题组的研究方向专注于使用HVPE生长GaN并用自剥离方法制备自支撑GaN衬底。 图形化衬底是降低位错密度的有效方式，通过横向外延过生长，引导位错的转向，从而降低外延层中的位错密度。图形化衬底同时也是实现自剥离的有效方法，中间介质层大大降低了GaN外延层与衬底的连接面积，失配所产生的热应力则成为分离的动力。本文的主要研究内容就是关于相关图形化衬底的制备以及后续的HVPE生长GaN，通过此技术路线制备GaN自支撑衬底，另外，还探索了钠融法生长GaN的研究。 1.使用氢气刻蚀制备纳米多孔衬底并提高GaN晶体质量的研究。使用氢气刻蚀方法对MO-GaN籽晶层进行针对位错的选择性刻蚀，得到依赖于位错分布的多孔结构，氢气刻蚀方法不仅能进行纵向刻蚀，还可以进行横向刻蚀。由于GaN外延层中的大部分位错都是继承于籽晶层，现在通过针对位错结构的选择性刻蚀避免位错结构向外延层扩展，达到降低位错密度的目的，最后得到的GaN晶体其XRD表征结果证明了晶体质量的提高，其中(002)晶面摇摆曲线的半峰宽为35arcsec，(102)晶面摇摆曲线的半峰宽为48arcsec。 2.石墨烯掩膜图形化衬底制备GaN自支撑衬底的研究。选用二维材料石墨烯作为掩膜材料，掩膜图形的制备是通过辅助刻蚀来进行的，利用石墨烯材料在特定条件下的分解，得到对应的GaN生长窗口。另外通过研究发现有氨气辅助刻蚀的石墨烯掩膜更适合于GaN的HVPE生长，最后得到了单晶的GaN材料，并实现了GaN外延层的部分分离。 3.大周期正方形图形化衬底的极性与应力情况研究。选用大周期的正方形作为图形方案，正方形图案可以更好地释放两个互相垂直方向上的应力，另外更大的图形周期可以减小GaN外延层与衬底的连接面积，更容易实现GaN外延层的分离。最后通过此方案得到了大面积的GaN自支撑衬底，并通过Raman光谱分析了衬底内部的应力分布情况，分离后的GaN晶体处于张应力状态，与掩膜图形具有相同的分布周期。 4.Na-flux法生长条件与生长速度提升的研究。通过自己课题组设计和搭建的实验平台进行Na-flux法生长GaN的相关研究，针对液相Na-flux法生长速度较慢的缺点，主要研究目标在于提高生长速度。造成其生长速度缓慢的原因主要是N原子较低的溶解度以及扩散速度。采取的针对方案有加入强制对流、使用不同的添加元素、调整Na-Ga比例及生长条件，最后成功的提升了生长速度，特别是加入强制对流和C元素两个方案对于生长速度有明显提升。