金属有机化学气相沉积MOCVD技术涉及到许多方面,主要包括热力学、动力学、流体力学、物理化学等,研究难度很大且MOCVD反应器中气体流动和温度分布具有复杂与不可观测的特点,通过CFD模拟反应室内热流场,为MOCVD反应室优化设计和GaN薄膜材料生产提供有价值的参考,最终节省工业研发成本,缩短产品研发周期。本论文主要针对两种不同型号的垂直喷淋式MOCVD反应室开展的优化设计工作,利用CFD对GaN-MOCVD反应室气体沉积过程进行仿真,将部分结论与实验对比。研究的目标导向是讨论不同生长条件下反应室流态,壁面沉积,衬底表面TMG均匀性及TMG利用率等等。本文的主要研究内容分为两大部分:针对实验型MOCVD设备的小容量垂直喷淋式反应室优化设计研究,通过调试喷淋头高度及操作压强找出较佳的生长工艺条件。研究发现喷淋头高度越高,沉积均匀性越好,生长速率越慢,上壁沉积度越低,当喷淋头达到一定的高度,上壁沉积的浓度基本保持不变。另外通过对高喷淋式反应室微调压强,观察压强对GaN外延的生长影响,提出了生长最佳压强范围。发现减小压强有利于薄膜的均匀性,压强较大时,平均生长速率大,但压强较大时极易引起流场不稳。针对生产型MOCVD设备的大容量垂直喷淋式反应室优化设计研究,首先研究压强及石墨盘旋转速度大幅调节对反应室内的流场的影响。绘制“压强—旋转速度”的层流图谱,研究不同工艺参数条件下的三种临界流态的特点及差别,并且得到“提高流量,可以扩大GaN薄膜生长窗口”这一结论。接着描述了反应室喷淋高度的优化设计,发现反应室喷淋高度较低时,衬底表面的TMG沉积均匀性得到了明显改善但这样的结构改造虽提高了均匀性,却牺牲了TMG利用率。本文结尾提到一种针对TMG进口的优化设计,将TMG源集中释放,有利于提高TMG利用率,提高利用率的同时,沉积均匀性受到较小影响。本文旨在对MOCVD反应室内的流场与浓度场更深入的学习研究,并将相关理论运用到模拟仿真中,给予生产型MOCVD技术指导,从而得到满足均匀性的条件下使得TMG利用率尽可能高且侧壁零沉积的生长工艺条件。