以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物是当代最重要的半导体材料，它在全彩显示、半导体照明、军事、数字化存储等领域有着重要的用途。GaN材料的制备主要是采用MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学汽相沉积)技术，其基本原理是将低压汽态的金属有机物稀释于输运气流中注入反应室内，输运气体把反应物输运到被加热的高温基座上的载片表面，反应物气体在载片表面分解、反应，沉积形成厚度从几纳米到几微米的晶体定向生长层薄膜。利用MOCVD生产GaN的机制非常复杂，涉及到流体力学、化学反应热力学、分子动力学等多个领域，“就目前反应室的设计水平和复杂程度而言，离开仿真而设计一套新的反应室是不可能的，‘试错—改进的做法实在是太昂贵了。”(Emcore公司的反应室设计部总监Alex Gurary)，因此，对MOCVD反应室生产GaN的过程进行数值模拟非常必要。 本研究工作在研究现有Ⅲ族氮化物CVD生长动力学理论的情况下，依据实验室反应腔体的构造，用计算流体力学(CFD，Computational Fluid Dynmics)和动力学蒙特卡罗(kinetic Monte Carlo)的方法对Ⅲ组氮化物(AIN、GaN)的MOCVD生长进行了数值模拟。 根据MOCVD反应室的主要特点本项研究采取如下假设进行CFD模拟： (1)气体混合物满足连续性假设； (2)气体混合物满足理想气体状态方程； (3)气体混合物流动处于层流状态 (4)气体混合物流动为定常流动。 CFD模拟结果表明： 1．AIN的MOCVD生长速率随温度的变化较大。在850K左右生长速率达到最大值。温度低于850K，AIN的生长速率受反应气体的热分解速率控制而较低； 高于850K，由于气相的寄生反应消耗了大量的A1组分，使得生长速率降低。 2．GaN的MOCVD生长由于未考虑寄生反应所带来的Ga组分的消耗，故其能在较高的温度下快速生长。研究表明1050-1400K是适合GaN生长的温度区间。在此区间内反应气体充分热分解。温度高于1400K则脱附现象严重，抑制GaN的生长速率。 在CFD模拟的基础上，本论文采用了KMC方法对CVD生长下的Ⅲ族氮化物同质外延进行了原子尺度模拟。结果表明： 1．GaN的生长在高温下(1373K)为层状生长，相对低温下(840K)的生长其表面要平整。高温下其生长速率受MMGa的质量输运限制，而低温下其生长速率受表面反应速率限制。 2．AIN的生长在948K附近也为层状生长，其生长速率主要受A1组分的质量输运限制。其在低温下生长呈现很高的成核密度。