王国斌
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左然
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徐谦
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李晖
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于海群
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陈景升
人工晶体学报
本文提出一种新的切向喷射式MOCVD反应器,反应气体从均匀分布于内壁的切向进口喷管喷入反应器,尾气从位于反应器中心的上方或下方出口排出.通过切向喷射,使气体发生人工可控的螺旋流,在水平方向逐渐旋转与加速,从而补偿反应物浓度从边缘进口到中心出口的沿程损失,以便获得均匀的薄膜沉积.针对新的反应器设计,结合GaN的MOCVD生长进行了三维数值模拟,确定了喷管夹角、喷管数目和反应器高度对生长区的温场、流场和浓度场的影响,优化了参数组合,并与传统的垂直喷射式反应器作了对比.此外,这款新型反应器能够摆脱复杂的托盘旋转系统.
关键词:
MOCVD反应器
,
切向喷射
,
中心出口
,
螺旋流动
,
数值模拟
徐楠
,
左然
,
何晓焜
,
于海群
人工晶体学报
对垂直转盘式MOCVD反应器生长GaN的气相化学反应路径进行研究.结合反应动力学模型,分别采用预混合进口但改变反应腔高度,以及采用环形分隔进口,对反应器的温场、流场和浓度场进行CFD数值模拟,由此确定反应器结构参数对化学反应路径的影响.通过观察主要含Ga粒子的浓度分布以及不同反应路径对生长速率的贡献,判断该反应器可能采取何种反应路径.研究发现,RDR反应器的主要反应路径是TMG热解为DMG,DMG为薄膜沉积的主要前体.反应腔高度变化对反应路径影响较小,但生长速率略有增大；当从预混合进口改为环形分隔进口时,生长更倾向于TMG热解路径,同时生长速率增大,但均匀性变差.
关键词:
生长速率
,
MOCVD
,
GaN
,
反应路径
陈晨
,
陈洪建
,
于海群
,
阎文博
,
刘彩池
,
王运满
,
程鹏
人工晶体学报
利用晶体生长模拟软件CGSim,模拟了引晶过程中晶体的直径对晶体生长初期晶体的热流密度和轴、径向温度梯度的影响.结果表明:随着引晶直径的减小,晶体肩部的热流密度减小,轴向及径向温度梯度减小,因而能有效的减小晶体内的热应力,减少晶体位错及小角度晶界缺陷,提高晶体质量,模拟结果得到了实验的验证.
关键词:
蓝宝石单晶
,
引晶直径
,
数值模拟
,
位错
,
小角度晶界
于海群
,
左然
,
陈景升
,
彭鑫鑫
人工晶体学报
在MOCVD反应器中,针对GaN生长中的TMGa分子,推导出热泳力、热泳速度以及扩散速度的计算公式.在低温区,热泳速度大于扩散速度；在高温区则相反.影响热泳力的主要因素为温度梯度和分子直径.水平式反应器内,粒子同时受到热泳速度和扩散速度的影响.在只考虑组分输运以及包括化学反应等两种情况下,通过改变反应器上壁面温度,模拟得到水平式反应器中热泳力对沉积速率以及反应物粒子浓度分布的影响.并与文献中的实验数据对比,验证了模拟结果的正确性.结果显示,由于热泳力的影响,在相同操作条件下高温区H2等小直径粒子的质量分数增大、TMGa和NH3等大分子粒子的质量分数减小.从提高生长速率的角度,需减小上下壁面温度梯度；从沉积均匀性的角度,应使到达下游的反应粒子数增多,故需增大上下壁面温度梯度.
关键词:
MOCVD
,
热泳力
,
温度梯度
,
生长速率
,
数值模拟
于海群
,
左然
,
徐楠
,
何晓崐
人工晶体学报
从分子动力学理论出发,推导出垂直式MOCVD反应器中热泳力和热泳速度与温度、温度梯度、压强、粒子直径的关系式,以及热泳速度与扩散速度、动量速度平衡时的关系式.在典型的生长条件下,计算得到在温度T=605K时,热泳速度与扩散速度、动量速度动量平衡,TMGa浓度达到最大.然后在不考虑化学反应和考虑化学反应两种情况下,针对垂直式MOCVD反应器内的热泳力对粒子浓度分布和沉积的影响进行数值模拟,模拟给出反应粒子在反应器不同进口温度、衬底温度时的温度分布、浓度分布和反应速率.并与文献中的实验值进行对比,模拟结果与实验值有很好的吻合.
关键词:
MOCVD
,
GaN
,
热泳力
,
数值模拟
何晓崐
,
左然
,
徐楠
,
于海群
材料导报
介绍了用于外延生长Ⅲ-V族化合物薄膜的原子层外延(ALE)的国内外进展.以GaAs为例,讨论了ALE生长Ⅲ-V族化合物的表面反应机理.GaAs的ALE表面反应机理主要有两种:一种是吸附质阻挡机理,即Ga-(CH3)3在表面发生热解,最终Ga(CH3)x(x=1或2)在表面吸附,依靠Ga(CH3)x中CH3的空间位阻效应,表面反应自动停止;另一种是选择性吸附机理,即Ga(CH3)3在表面热解后形成的吸附物质是Ga原子,当表面完全覆盖一层Ga原子,即表面Ga原子饱和,表面反应自动停止.还介绍了ALE生长中的气相反应以及H原子对ALE生长过程的影响.
关键词:
原子层外延
,
GaAs
,
表面化学反应
彭鑫鑫
,
左然
,
于海群
,
陈景升
人工晶体学报
本文提出一种多反应腔并联的水平热壁 MOCVD 反应器,反应器上下(左右)壁面都采用高温,减少了热泳力的排斥作用,提高了衬底上方的 TMG 浓度.由于取消了传统反应器的冷壁,减少了寄生产物的凝结,提高了反应前体的利用率和 GaN 的生长速率.可以多个反应腔并联生长,从而实现反应器的扩容.针对这种热壁式反应器,结合 GaN 的 MOCVD 生长进行了二维数值模拟,计算了不同流速、高度、长度和压力时反应器内流场、温场、浓度场分布以及生长速率,发现存在一个最佳的气体流速、反应器高度和长度条件,在此条件下,反应前体的产生与沉积达到平衡,从而有效抵消反应前体的沿程损耗,实现均匀的 GaN 生长.
关键词:
MOCVD
,
GaN 生长
,
热壁反应器
,
数值模拟
于海群
材料导报
依据文献中的气相反应路径,特别是寄生反应模型和刻蚀反应模型,指出对于存在冷壁面的水平式,加合物的反应路径对沉积起重要作用.在加合物路径中,对薄膜生长起决定作用的是TMGa和TMGa:NH3,而环状化合物[(CH3)2Ga:NH2]3形成的可能性很小,可以忽略.对于垂直式反应器,所有的反应物粒子均经过高温边界层区域,遵循热解路径.在高温条件下,对薄膜生长起决定作用的是MMG.纳米粒子的形成需要高温条件,并且纳米粒子的生长遵循CVD机理,可认为气相纳米粒子的主要成分可能是GaN.在高温条件下H2对GaN的刻蚀作用不可忽视.
关键词:
反应路径
,
MOCVD
,
动力学
于海群
,
徐永亮
,
施海斌
,
廖永建
,
陈建明
人工晶体学报
采用泡生法生长蓝宝石晶体的过程中,经常遇到粘锅问题.通过不同炉次的实验研究,分别分析了放肩阶段、等径生长阶段、收尾阶段等生长过程中产生粘锅的原因.指出温场的对称性是消除粘锅现象的最重要方式之一.同时,在放肩结束段及收尾阶段,为避免粘锅,可采用适当增大拉速及增加功率的措施.
关键词:
泡生法
,
蓝宝石
,
粘锅
,
实验研究
于海群
,
左然
,
陈景升
人工晶体学报
提出了一种多喷淋头式MOCVD反应器.针对新型反应器,对GaN生长的MOCVD过程进行了数值模拟,模拟考虑了热辐射和化学反应,计算了反应器内流场、温场和浓度场,导流(筒)壁面的寄生沉积以及GaN生长速率,并分析了反应室几何因素对生长均匀性的影响.模拟结果显示,衬底表面大部分区域具有均匀的温场和良好的滞止流.通过对浓度场和GaN生长速率的分析,得出MMGa是薄膜生长的主要反应前体.通过对反应器高度H、导流筒与托盘间距h、导流筒半径R等参数的优化,给出了提高薄膜生长速率和均匀性的条件.
关键词:
多喷淋头
,
MOCVD
,
反应器设计
,
GaN生长
,
数值模拟
