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。

锗因其资源稀缺、优异的光学和物理性能，广泛应用于光纤系统、红外光学系统、电子和太阳能应用、探测器等高科技领域，是战略性产业所需的重要功能材料和结构材料。简单介绍了目前国内锗单晶生长的两种主要方法：直拉法(Czochralski，CZ)和垂直梯度凝固法(vertical gradient freeze， VGF)。对国内和国外知名锗材料生产企业的锗单晶生长方法、直径、电阻率等相关技术参数，进行了统计和比较。针对不同的单晶材料性能，分析了红外光学用锗单晶、太阳能电池用锗单晶和高纯锗单晶的应用领域和发展现状。

为了获得高电阻率及迁移率的半绝缘GaAs单晶材料, 采用经高压及水平合成不同工艺制得的GaAs多晶料, 进行垂直梯度凝固(VGF)法半绝缘GaAs单晶生 长, 测试和分析相应单晶片的EL2浓度、C浓度及电阻率、迁移率等性能参数, 对比和分析了GaAs化学计量比的不同对单晶EL2浓度及电学参数的影响, 经多炉 次实验, 确定出GaAs单晶电阻率>1×108 Ω?cm及迁移率>5×103 cm2/(V?s)时C浓度及EL2浓度的合理范围, 并据此结论, 指导MBE外延用半绝缘GaAs单晶生 长, 保证了半绝缘GaAs单晶在满足高电阻率和迁移率的同时, 具有较高的重复性和一致性。