摘要：本文对三层热壁水平流金属有机化学气相沉积(MOCVD)真空反应腔的设计以及最终流场分布都进行了理论模拟。在选择优化喷管排布基础上,在衬底托盘、衬底四周底壁,以及衬底所在区域上壁临近区域范围加热,形成局部热壁外延真空反应腔体。此外,对于真空腔体设计,顶层与底层流动速度,都进行细致研究,确保在材料生长区域的壁面,反应前驱物源气体保持在稳定且无漩涡流动状态,并使反应物主要分布在衬底位置处,有效提高反应物利用率,并避免在腔壁等处发生反应,最后进行热壁MOCVD材料生长,得到厚度分布比较均匀,x射线双晶衍射的半峰全宽(FWHM)为149.8弧度秒,表明生长出质量良好的氮化镓(GaN)薄膜单晶材料。

摘要：以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料,是我国重要战略发展方向之一,而氢化物气相外延(HVPE)作为一种重要材料生长技术,是有效制备单晶材料的工艺手段,本文提出了一种分层次递变流速下HVPE流场与温度场,在垂直腔结构条件下,模拟从腔体中间区域到边缘区域不同流速层次条件下,腔内材料生长区域反应前驱物分布,得出结论:在边缘喷射区域流速为中心区域流速三倍时,反应前驱物可以有效分布在衬底托盘表面。最后,在蓝宝石衬底GaN籽晶表面进行HVPE材料生长,获得平均厚度为20.1μm,均匀性起伏6.9%的GaN单晶,证明理论优化设计下生长出良好的单晶薄膜材料。