立式HVPE生長GaN的計算機模擬.pdf

1、本文基于計算流體力學(CFD)原理，運用流體力學相關知識，采用有限元分析軟件對自制的立式氫化物氣相外延(HVPE)系統(tǒng)制備 GaN材料進行了數(shù)值模擬研究。采用 CFD軟件模擬GaN的生長一方面能夠有效節(jié)省實驗成本，為制備高質量 GaN的腔體優(yōu)化提供優(yōu)化基礎，另一方面可以不受傳統(tǒng)熱力學和動力學機制的束縛，預測整個襯底上方GaN的生長情況，對實際過程中對GaN的生長有一定指導意義。
　　對反應氣體出氣管口到襯底的距離是否影響襯底上方

2、GaCl和 NH3的摩爾濃度分布進行了二維模擬計算。通過設定多組實驗模型，不同模型中襯底到出氣口距離并不相同，對比不同距離下GaN的生長速率和均勻性的對比來得到最佳距離。通過對比得到當襯底高度15mm時有利于反應氣體的分布。
　　通過建立二維模型來研究出氣管口口徑大小的改變是否影響襯底上方 GaCl的摩爾濃度分布、NH3的摩爾濃度分布和 GaN的生長情況。整個優(yōu)化過程分為兩步，首先設定 N2的內徑是固定的，改變NH3和GaCl的出

3、氣口內徑大小來得到一組最優(yōu)化解，然后單獨改變N2的出口內徑來得到N2的最后化解。通過計算分析得到當GaCl的出口內徑為12mm、NH3出口的內徑為43mm和N2出氣口內徑為76mm時，此時得到GaN薄膜均勻性得到了很大提高。
　　單獨調整GaCl出氣管口到襯底的距離來進一步優(yōu)化腔體。當GaCl出氣管口距離襯底過近時會阻擋一部分NH3在襯底中間位置的擴散，當距離過遠時，會使一部分NH3擴散到GaCl出氣管口，這兩種情況對于GaN的生