GaAs单晶是当前光电子器件的主要衬底材料之一，在红外LED中有着重要应用。但杂质浓度高、迁移率低等缺点会严重影响红外LED器件性能。为生产出低杂质浓度、高迁移率、载流子分布均匀、高利用率的红外LED用掺硅垂直梯度凝固(VGF)法GaAs单晶，本文研究了热场分布、合成舟和炉膛材质、工艺参数对单晶的成晶质量、杂质浓度、迁移率、载流子分布的影响。利用CGSim软件对单晶生长热场系统进行数值模拟研究，温区一至温区六长度比例为8∶12∶9∶5∶5∶7时，恒温区达到最长，位错密度达到1 000 cm-2以下，成晶率达到85%。采用打毛石英合成舟进行GaAs合成，用莫来石炉膛替代石英炉膛，可以获得迁移率整体高于3 000 cm2/(V·s)的GaAs单晶，满足红外LED使用要求。对单晶生长工艺参数展开研究，采用提高头部生长速度、降低尾部生长速度的方式提高单晶轴向载流子浓度均匀性，头尾部载流子浓度差降低33%，尾部迁移率从2 900 cm2/(V·s)提高到3 560 cm2/(V·s)。单晶有效利用长度提高33%，单晶利用率达到75%，大幅降低了原料损耗成本。

GaAs单晶作为一种重要的LED衬底材料在光电器件中应用十分广泛, 但载流子浓度(C.C.)分布不均、杂质浓度过高等缺陷会严重影响相关器件的性能。为制备纵向载流子浓度分布均匀的掺硅HB-GaAs单晶, 本文探讨了单晶生长过程中熔区长度对纵向载流子浓度分布的影响。以高纯GaAs多晶为原料, 设定不同的拉晶温度曲线, 采用窄熔区技术进行晶体生长研究, 最终生长出C.C.值分布更均匀、位错密度低(EPD≤10 000 cm-2)的<111>向N型掺硅GaAs单晶。利用辉光放电质谱法(GDMS)和范德堡法霍尔效应测试对晶体进行了表征, 单晶纯度达到5N且无硼杂质沾污。