基于數(shù)值模擬的HVPE反應(yīng)器設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、氮化鎵（GaN）材料因其優(yōu)良的特性以及巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，近二十年來始終為國(guó)內(nèi)外研究者廣泛關(guān)注。對(duì)GaN基光電器件質(zhì)量和效率日益提高的需求，促使GaN襯底材料的研究逐漸成為熱點(diǎn)，氫化物氣相外延（HVPE）方法是目前公認(rèn)最為可行的GaN襯底制備技術(shù)。為了獲得高質(zhì)量的GaN單晶，論文基于計(jì)算流體力學(xué)，采用有限元分析法，對(duì)自制的立式大尺寸HVPE系統(tǒng)反應(yīng)腔進(jìn)行了二維和三維模型的數(shù)值模擬。
　　在HVPE系統(tǒng)中，GaCl、NH3在進(jìn)氣管口的提

2、前反應(yīng)對(duì)反應(yīng)腔的污染和損害是一大難題，本文所仿真的立式系統(tǒng)創(chuàng)新地通過在GaCl、NH3之間添加分隔氣解決了這一問題。二維、三維模型的仿真結(jié)果顯示，分隔氣流量大小對(duì)GaCl、NH3在襯底上的濃度分布都有一定的影響，分析得到最佳分隔氣流量為500sccm。
　　通過改變?cè)礆怏wV/III比，論文分析了GaN生長(zhǎng)分布的變化趨勢(shì)。隨著V/III比增大，二維模型中GaN生長(zhǎng)相對(duì)均勻性先變好然后變差；三維模型中，GaN生長(zhǎng)相對(duì)均勻性雖然越來越好

3、，但由于很高的V/III比對(duì)于GaN膜的晶體質(zhì)量有不利影響。我們?nèi)钥傻玫骄C合各種因素的最佳V/III比為70。
　　論文還在三維模擬中研究了分隔氣出氣口從豎直改為向內(nèi)傾斜對(duì)GaN生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)該傾角增大時(shí) GaN的均勻性有改善，但角度很大時(shí)GaN生長(zhǎng)速率急劇下降，在實(shí)驗(yàn)中建議采取小角度。此外針對(duì)主載氣流量，本文也進(jìn)行了二維仿真，得到了9500sccm的優(yōu)化參數(shù)。
　　本文在進(jìn)行各主要工藝參數(shù)優(yōu)化后獲得的4英寸襯底面內(nèi)相對(duì)均