金属有机化学气相沉积(MOCVD)是制备基于氮化镓(GaN)材料的蓝、紫光发光二极管、半导体激光器以及高频大功率微电子器件的主要方法。由于在MOCVD反应器中存在严重的气相寄生反应,影响薄膜的质量和生长效率。因此,抑制气相寄生反应,促进有利生长的反应,成为提高薄膜质量和生长速率的关键。　　 本文首先综述了MOCVD生长GaN气相反应的研究现状和存在问题。在总结前人研究的基础上,结合反应动力学理论和计算机数值模拟,对GaNMOCVD生长的温场、流场和浓度场进行CFD数值模拟,重点考查不同反应器结构对GaN生长气相反应路径的影响。在同时考虑两条平行反应路径的情况下,通过观察不同反应路径的生成物浓度大小,以及不同反应路径对生长速率的贡献,确定反应器几何结构、操作参数以及自由基等因素对化学反应路径的影响。　　 本文的具体内容如下:　　 (1)针对高速转盘式(RDR)反应器,结合化学反应动力学进行CFD数值模拟,重点考查在不同反应腔高度、以及预混合和分隔进口时,GaN生长的气相反应路径。模拟结果显示:在RDR反应器中,主要的生长路径为加合物可逆分解,然后TMG热解的反应路径。腔体高度降低对反应路径影响较小,但生长速率有所增大;当从预混合进口改为环形分隔进口时,生长更倾向于TMG直接热解路径,同时生长速率增大,但均匀性变差。　　 (2)针对预混合和分隔进口两种进口形式的水平式反应器,结合化学反应动力学进行CFD数值模拟,考查其中的GaN生长的气相反应路径的变化。模拟结果表明:在水平式反应器中,加合反应路径和热解反应路径都对生长速率作出贡献。分隔进口相比混合进口,使反应更倾向于加合路径,同时提高了沉积薄膜的均匀性,但是GaN薄膜的生长速率有所下降。　　 (3)针对高速转盘式MOCVD反应器中自由基对GaN生长的化学反应路径的影响进行数值模拟研究。通过对比加入自由基前后含Ga物质的摩尔分数的变化,分析自由基对化学反应热解路径的影响;同时改变操作参数(压强和基座温度),对自由基活性进行研究。研究发现:不考虑自由基的反应路径,薄膜生长的主要前体为DMG;而考虑自由基的反应路径,主要的生长前体为MMG。自由基的存在加速了DMG向MMG的热解,使得DMG分解为MMG速度远大于TMG分解为DMG的速度,导致衬底上方的MMG摩尔浓度高于DMG。操作压强的变化仅仅对流动边界层产生了影响,对热解路径影响不大;而当基座温度降低后,自由基对化学反应活性也降低。