立式HVPE生長(zhǎng)GaN的計(jì)算機(jī)模擬.pdf

1、本文基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)原理，運(yùn)用流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)，采用有限元分析軟件對(duì)自制的立式氫化物氣相外延(HVPE)系統(tǒng)制備 GaN材料進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。采用 CFD軟件模擬GaN的生長(zhǎng)一方面能夠有效節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，為制備高質(zhì)量 GaN的腔體優(yōu)化提供優(yōu)化基礎(chǔ)，另一方面可以不受傳統(tǒng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制的束縛，預(yù)測(cè)整個(gè)襯底上方GaN的生長(zhǎng)情況，對(duì)實(shí)際過程中對(duì)GaN的生長(zhǎng)有一定指導(dǎo)意義。
　　對(duì)反應(yīng)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(jìn)行了二維模擬計(jì)算。通過設(shè)定多組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，不同模型中襯底到出氣口距離并不相同，對(duì)比不同距離下GaN的生長(zhǎng)速率和均勻性的對(duì)比來得到最佳距離。通過對(duì)比得到當(dāng)襯底高度15mm時(shí)有利于反應(yīng)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(zhǎng)情況。整個(gè)優(yōu)化過程分為兩步，首先設(shè)定 N2的內(nèi)徑是固定的，改變NH3和GaCl的出

3、氣口內(nèi)徑大小來得到一組最優(yōu)化解，然后單獨(dú)改變N2的出口內(nèi)徑來得到N2的最后化解。通過計(jì)算分析得到當(dāng)GaCl的出口內(nèi)徑為12mm、NH3出口的內(nèi)徑為43mm和N2出氣口內(nèi)徑為76mm時(shí)，此時(shí)得到GaN薄膜均勻性得到了很大提高。
　　單獨(dú)調(diào)整GaCl出氣管口到襯底的距離來進(jìn)一步優(yōu)化腔體。當(dāng)GaCl出氣管口距離襯底過近時(shí)會(huì)阻擋一部分NH3在襯底中間位置的擴(kuò)散，當(dāng)距離過遠(yuǎn)時(shí)，會(huì)使一部分NH3擴(kuò)散到GaCl出氣管口，這兩種情況對(duì)于GaN的生