多片式熱壁MOCVD反應器的設計與數(shù)值模擬分析.pdf

1、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)是制備LED、半導體激光器和大功率電子器件的關鍵技術。隨著半導體照明產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,MOCVD外延片的產(chǎn)率和良率成為制約該行業(yè)發(fā)展的瓶頸。改進并研發(fā)高質(zhì)量的多片式MOCVD反應器,對于半導體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要。
　　 本論文設計了一種多反應腔并聯(lián)的熱壁式MOCVD反應器,每個反應腔之間相互獨立,反應氣體由一條總管供給通往各個反應腔的各條支管?？偣苤睆酱蟠笥谥Ч苤睆?因此總管內(nèi)的壓強差可忽略。

2、通過質(zhì)量流量計(MFC)控制各管的流量配比,壓力控制器(PC)調(diào)節(jié)各反應腔內(nèi)操作壓力,結合出口處的真空泵抽吸,可使每個反應腔的進氣壓強、流量以及生長條件近似相同。由于熱壁反應器無需水冷,從而可以簡化設備結構和控制方式,實現(xiàn)多片式生長。
　　 為了驗證這種新型反應器的性能,利用FLUENT和CVDsim軟件,對其薄膜生長過程及其與外部參數(shù)的關系進行了計算機數(shù)值模擬,并提出了反應器的優(yōu)化方案。在此過程中,對考慮熱輻射和化學反應的二維

3、模型和三維模型進行了數(shù)值模擬,模擬了不同流速、高度、長度、壓強、TMG流量、Ⅴ／Ⅲ比和襯底溫度對反應器內(nèi)流場、溫場、濃度場以及沉積速率的影響,驗證了設計方案的可行性。研究發(fā)現(xiàn):存在一個最佳的氣體流速、反應器高度和長度條件,在此條件下,反應前體的產(chǎn)生與沉積達到平衡,從而能夠抵消反應前體的沿程損耗,實現(xiàn)均勻的GaN生長。此外,我們還發(fā)現(xiàn)GaN的生長速率不與TMG的流量成正比,隨著Ⅴ／Ⅲ比和襯底溫度增加,生長速率先增大后減小。通過優(yōu)化設計,可