MOCVD生長AIN的化學反應——輸運過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、AlN是一種Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，廣泛用于制備藍紫光發(fā)光二極管和半導體激光器。金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)是制備AlN的主要方法。由于在MOCVD生長AlN的過程中，存在極其嚴重的寄生反應，在反應器中會產生大量的納米顆粒，嚴重影響了晶體薄膜的質量和生長效率。因此，抑制寄生反應和納米形核，成為提高AlN薄膜生長質量的關鍵因素。本文針對AlN的MOCVD生長進行數(shù)值模擬研究，特別研究了寄生反應過程及其對薄膜生長的影響。主要內容如下:

2、r>　　(1)建立了輸運-化學反應模型，主要包括6個氣相化學反應和5個表面反應。之后利用數(shù)學模擬方法，結合反應動力學知識，利用FLUENT軟件對反應器中的流場、溫場、組分濃度場和生長速率進行了對比觀察和分析。
　　(2)針對垂直轉盤式MOCVD反應器生長AlN的化學反應-輸運過程進行數(shù)值模擬研究，特別探討了反應室高度、操作壓強和加合物衍生的三聚物對AlN生長的化學反應路徑的影響。研究結果表明， AlN在MOCVD生長中以Al(CH

3、3)3和NH3的加合路徑為主，Al(CH3)3的熱解路徑很弱;加合路徑衍生的二聚物是薄膜生長的主要前體，三聚物是納米粒子的主要前體;降低反應室高度，寄生反應減弱，熱解路徑加強，使生長速率增大;增大壓強，寄生反應加劇，使生長速率下降;添加由三聚物參加的表面反應后，生長速率提高了近4倍，證明三聚物不參加薄膜生長，只是提供納米粒子前體。
　　(3)針對水平式反應器生長AlN的化學反應-輸運過程進行數(shù)值模擬的研究。發(fā)現(xiàn)水平式反應器中寄生反

4、應要強于垂直式反應器，而水平式反應器薄膜生長速率要比垂直式反應器略低;采用分隔進口能獲得更加均勻的AlN薄膜，同時降低了AlN的生長速率。
　　(4)為了更準確地模擬AlN生長的寄生反應，我們對以上化學反應模型進一步改善，增加了。通過觀察同等條件下垂直轉盤反應器新反應模型中各組分的濃度分布，發(fā)現(xiàn)在垂直反應器襯底上方隨著聚合物粒子直徑的增大，濃度越來越大;納米粒子主要來自聚合物，AlN粒子提供的納米粒子只是占據(jù)小部分;改進后模型的生