水平式MOCVD反应器分隔进口对化学反应路径和生长均匀性的影响研究

对水平式MOCVD反应器混合进口、分隔进口以及分隔板离衬底不同距离的情况下,反应物浓度分布和生长速率进行数值模拟。在模拟中首先对比混合进口和分隔进口反应器中反应物的浓度分布和生长速率,发现混合进口反应器中,化学反应倾向于加合路径,易于形成纳米颗粒,造成源气体的浪费;而分隔进口反应器中,化学反应倾向于加合物可逆分解的热解路径,减少了气相寄生反应,其生长均匀性优于混合进口式反应器。然后对分隔板长度分别为10cm、6cm和2cm三种不同情况下反应物的浓度分布和生长速率进行模拟,结果发现:当分隔板距离衬底为10cm时,生长均匀性最好,但生长速率较低;而分隔板距离衬底为2cm时,生长速率均匀性略低于前者,但生长速率最大。因此,综合考虑生长速率和生长均匀性,认为分隔板长度为2cm的水平式反应器结构最好。

HVPE反应器的环形分隔进口数对生长均匀性的影响

利用FLUENT软件对3种环形分隔进口(4环、8环、12环)的氢化物气相外延(HVPE)反应器的生长均匀性进行了二维数值模拟研究。分别考虑输运模型和输运-生长模型,模拟过程保持相同的GaCl、NH3及N2气体进口流量。结果显示:在只考虑输运的模型中,反应室流动均匀性随着进口环数的增多而改善。8环进口时,衬底上方温度分布最均匀;4环进口时,衬底上方的GaCl浓度较高,但均匀性最差,Ⅴ/Ⅲ比也较低;8环及12环进口可得到均匀的GaCl浓度分布及较高的Ⅴ/Ⅲ比。在包括输运和GaN生长的模型中,尽管8环进口反应器衬底上方的GaCl浓度低于12环进口反应器,却因其较薄的边界层厚度而导致较高的生长速率,并且生长均匀性较高。因此,8环进口反应室更有利于GaN的HVPE生长。

GaN MOCVD中气相化学反应机理的研究进展

总结了MOCVD生长GaN薄膜过程中气相化学反应机理的研究进展。首先分别从反应器结构和自由基对气相反应机理的影响进行总结与分析,得到不同影响条件下的反应路径趋势;然后介绍了量子化学计算在GaN MOCVD气相化学反应机理研究中的应用与发展。

MOCVD生长GaN加合反应路径的密度泛函理论研究

基于量子化学的密度泛函理论,对MOCVD中以TMG和NH3为源气体生长GaN的加合反应路径进行研究.依据NH3过量和不过量两种情况,提出了加合反应的5条分解或聚合路径,并计算了各路径的分子构型和势能面.计算结果表明:在NH3不过量时,加合物TMG:NH3在生成氨基物DMGNH2后,继续分解的几条路径均势垒过高,而生成低聚物[DMGNH2]x(x=2,3)的低聚反应势垒为零.由于低聚物倾向于继续聚合,很容易导致纳米颗粒的形成.当NH3过量时,NH3与TMG:NH3可生成配位键加合物H3N:TMG:NH3或氢键加合物TMG:NH3NH3,形成后者的能量更低.通过对比各种加合反应路径,给出如下推测:在MOCVD的生长条件下,形成氢键加合物TMG:NH3NH3,然后重新可逆分解,可能是薄膜生长的主要路径;而氨基物聚合生成低聚物的路径,可能是纳米颗粒形成的主要路径.

蓝宝石基GaN薄膜的热应力模拟分析

利用有限元分析软件ANSYS对蓝宝石基GaN薄膜的应力进行了模拟分析,并通过理论计算验证了其合理性。模拟出了蓝宝石基GaN薄膜应力的分布情况。分析了应力与沉积温度、薄膜厚度、衬底厚度的关系,同时研究了不均匀温度分布对应力的影响。模拟结果显示:薄膜上表面在径向上,中心处热应力最大,薄膜边缘应力发生了突降,其他部分应力分布比较均匀。研究表明沉积温度升高、薄膜厚度减小以及衬底厚度增大都会使热应力变大。衬底径向温度不均匀时,热应力有增大的趋势,且温差越大,热应力就越大。