HVPE方法制備GaN襯底材料的研究.pdf

1、　　GaN材料的制備是現(xiàn)在半導(dǎo)體方面研究的熱點(diǎn),對(duì)于其制備過(guò)程的研究,主要有兩種途徑：一、實(shí)驗(yàn)研究,這是目前主要的研究方法。二、計(jì)算機(jī)模擬,這種方法以省時(shí)省力、保護(hù)環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)正受到廣泛應(yīng)用。本文正是依據(jù)計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)原理,采用有限元分析軟件,以自行設(shè)計(jì)的水平熱壁式 HVPE 系統(tǒng)為模型,對(duì)不同條件下 GaN 襯底材料的制備進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　首先對(duì)反應(yīng)室內(nèi)的配置進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。文中采用固定變量法,分別改變 GaCl

2、管道噴口到襯底表面的高度h、GaCl管道噴頭左邊緣到襯底邊緣的距離L1和NH3管道出口到襯底邊緣的距離L2,通過(guò)觀(guān)察分析這些值變化時(shí)對(duì)反應(yīng)區(qū)流場(chǎng)、濃度場(chǎng)的影響來(lái)確定反應(yīng)室的配置,根據(jù)結(jié)果選定h的范圍為10-15mm,L1的范圍為35-45mm,L2的范圍為40-60mm。
　　根據(jù)反應(yīng)室配置優(yōu)化的模擬結(jié)果,最終選定h=12mm、L1=40mm、L2=40mm作為以下研究的模型,然后改變幾種反應(yīng)參數(shù),通過(guò)觀(guān)察相應(yīng)的反應(yīng)區(qū)內(nèi)流場(chǎng)、G

3、aN沉積率的變化情況,得到對(duì)這些反應(yīng)參數(shù)最優(yōu)值的選取規(guī)律：反應(yīng)室內(nèi)主要有主載氣、NH3水平向右與GaCl從出氣口向下這兩個(gè)來(lái)流方向,根據(jù)分析可知,這兩個(gè)方向的流速必需保持一定的差值,才能使襯底上方流動(dòng)處于層流穩(wěn)態(tài),同時(shí)又保證GaN在表面分布均勻。即在固定GaCl流速以后,總水平流速就可通過(guò)計(jì)算選取最優(yōu)值了。為了保證GaN有較大的沉積率,使生長(zhǎng)速度較快,水平流動(dòng)中NH3的含量要與GaCl的量相匹配,為了較大程度避免預(yù)反應(yīng),主載氣的流速也不