GaN基的LED和LD在研发上的突破性进展和商业化生产的成功实现，对同质外延的衬底材料提出了越来越高的要求。如何制备高质量大尺寸GaN自支撑厚膜成为目前蓝光器件衬底材料研究中的一个热点问题。本文在以下几方面做了重点研究：研究并优化了采用卧式HVPE生长系统生长GaN厚膜的各种生长条件的影响；利用计算流体力学软件FLUENT对立式和卧式HVPE生长系统生长腔内的部分结构参数做了流体动力学模拟和优化；采用改进的激光剥离工艺，实现了完整的2英寸GaN厚膜的剥离；研究了自支撑GaN衬底表面抛光技术和工艺，获得了平均粗糙度小于1nm的自支撑GaN衬底表面；研究了HVPE自支撑GaN厚膜的物理性质，研究了GaN的热膨胀行为。主要结果如下：　　 ⑴研究了HVPE生长GaN薄膜的工艺条件对GaN薄膜质量的影响。研究发现，1050度是比较合适的生长温度，在该温度下生长的样品，晶格质量，发光性质及表面形貌最好。通过优化生长条件，最终我们获得了蓝宝石衬底上的2英寸高质量GaN薄膜。　　 ⑵建立了CFD仿真模型，获得了HVPE方法生长GaN的CFD仿真的一般性假设、方法、步骤，通过分子动力学计算得到了模拟所需要的物理化学参数列表，这些模型参数是所有模拟HVPE生长GaN的基础。　　 ⑶针对卧式HVPE生长系统，利用实际HVPE系统数据建立了卧式HVPE反应室二维栅格结构，对此栅格结构进行合理的优化和调整。建立反应各组成成分和平衡化学反应的化学数据库结构，并进行了模拟。　　 ⑷针对自有卧式HVPE系统，模拟并优化了衬底倾斜角度，以及源气体GaCl与衬底之间的距离的关系，给出了最佳优化条件。模拟中看到了很强的边缘效应，并和实验结果相对比。发现该边缘效应是源气体的倒扩散引起的，推论也和实验结果相符。　　 ⑸研究了GaN厚膜/蓝宝石衬底的激光剥离技术。采用了硅片粘结技术及激光辐照剥离技术，将GaN和蓝宝石衬底分开，最终得到自支撑的GaN晶片。研究得到了最佳的工艺条件，剥离时间少于20分钟。　　 ⑹研究发展了新型高温激光剥离技术。在较高的温度下，对样品进行激光辐照去除衬底。由于高温使得GaN/Al2O3之间的应变消除，大大改善了剥离效果，实现了完整的2英寸GaN厚膜的剥离。　　 ⑺研究了自支撑GaN衬底表面抛光技术和工艺。采用化学机械抛光技术，获得了平均粗糙度小于1nm的自支撑GaN衬底表面，达到原子级光滑程度，可以满足进一步外延和应用需要。　　 ⑻研究了自支撑GaN衬底的物理性质。对激光剥离得到的HVPE自支撑GaN厚膜做了1500K温度下的高温退火，测试了退火和未退火样品的品格常数的温度变化特性。研究了退火对热膨胀行为的影响。同时采用了变温拉曼散射研究了GaN厚膜的应力，计算了激光剥离对热应力的释放数值。并发现了拉曼模式的温度变化中，热膨胀项的影响占主导地位。