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长期以来，GaN体材料的生长一直是人们追求的目标。由于热力学性质的限制，GaN体单晶的生长面临极大的困难。外延生长方法是研究的重点，但由于缺乏与之匹配的衬底，致使外延GaN材料的生长难度很大。令人鼓舞的是，近年来在利用HVPE方法生长高质量的GaN方面已经取得了很大的进展。HVPE方法具有很高的生长速率，可以满足人们生长GaN厚膜、进而获得准体材料的愿望。这种厚膜可以作为进一步外延生长高质量GaN的衬底材料。不过，与其它的普通半导体材料相比，在蓝宝石衬底上生长的GaN膜仍然具有很高的缺陷密度。因此，深入研究GaN材料生长技术，进一步改善GaN外延层的晶体质量具有十分重要的意义。在本文中，我们从实验和理论两方面对HVPE外延生长GaN的方法进行了比较系统的研究，主要结果为：
1.自行设计、研制了一台两温区HVPE生长系统，仔细研究了反应室子系统、气体通路以及气体流量控制子系统等的工作状态，并根据生长材料的质量对相应部分作了反复的改进和完善。对生长GaN样品的PL谱、XRD及SEM的测量表明该系统可以生长高质量的GaN材料。
2.对在蓝宝石衬底上外延GaN薄膜的生长规律进行了分析，着重研究了作为载气的氮气流量对GaN膜的结构及光学性质的影响。观察到载气流量对预反应的强弱有很大影响，外延膜的质量和生长速度对载气流量极为敏感。当载气流量较小时，样品的X射线衍射谱(XRD)中出现了杂峰(10-11)和(11-20)，相应的光致发光谱(PL)中出现了黄带(YL)，靠近带边有杂质态。而当载气流量增大时，样品质量改善。GaN外延膜的结构和光学性质的相关性表明深能级的黄带与生长过程中产生的非c轴方向晶面有关，再结合理论的分析，我们推测：Ga空位与束缚在(10-11)和(11-20)等原子面上的杂质构成复合结构，这些复合结构所产生的深能级对黄带的发射有贡献；由于预反应使生长过程中混入的附加产物及杂质对带边发射有重要影响。
3.研究了氮化和成核阶段在生长区添加额外HCl的方法对GaN生长的影响。研究表明两种方法都可以大幅度地改善GaN的晶体质量和性质。但是他们的影响机制是不同的：氮化是通过在衬底表面形成AlN小岛，促进了衬底表面的成核和薄膜的融合；而添加额外HCl则被认为是通过改变生长表面的过饱和度引起快速成核从而促进薄膜的生长。
4.利用原子力显微镜(AFM)研究了在蓝宝石衬底上外延GaN薄膜的生长面的演化过程。GaN表面形貌的演化呈现四个阶段性特征：(1)在初始生长阶段，GaN的生长被三维模式所主导，薄膜的表面非常粗糙，至生长时间t=0.1分钟时，典型的颗粒直径约为250nm，高度达100nm。(2)在t=0.1分钟以后，横向生长增加，生长维数降低，表面粗糙度也明显下降。(3)从t=0.4到3分钟，生长面的粗糙度随生长时间变得越来越大，表面形貌表现为大范围内平坦、小尺度上粗糙的特点，具有自仿射的分形特征。(4)大约在3分钟以后，Rms逐渐下降，GaN表面变得越来越光滑，这意味着随生长时间的增加，外延膜的沉积行为逐渐地从超二维生长向层状生长模式转变。
5.对在GaN薄膜生长过程中观察到的自仿射力学标度特征进行了理论探讨和分析。通过引入相关函数H(r，t)=〈[h(r，t)-h(0，t)]2〉，获得了粗糙度指数α=0.75和生长指数β=0.59。初步研究表明：除了随机粗糙和扩散影响之外，GaN外延膜的粗糙机制还受生长过程中的输入噪声的涨落的影响。