王丹 卢钦 时亚茹

摘 要：针对MOCVD-AlN生长的寄生反应很严重的现象，改进化学模型，通过分析垂直转盘反应模型中各组分的浓度分布，发现改进后化学模型生长速率更加接近实验值。垂直喷淋式反应器内的流动和传导相对强烈，其中聚合物粒子浓度在上壁面下方以三聚物和二聚物最高，AlN粒子在反应器中分布较为均匀，垂直喷淋式反应器模拟得到的AlN生长速率比实验值低。

关键词：MOCVD；化学模型；AlN；数值模拟

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.180

1 引言

AlN（氮化铝）于1877年首次被合成[1]，氮化铝由Ⅲ族Al元素和V族N元素化合形成的半导体材料，在发光二级管、紫外探测器、高频大功率器件等领域有着重要应用。AlN主要以Si、SiC、ɑ-Al2O3为衬底，利用金属有机化学气相外延（MOCVD）得到，金属有机化学气相沉积（MOCVD）是制备AlN的主要方法[9-10]。由于在MOCVD生长AlN的过程中，存在极其严重的寄生反应，在反应器中会产生大量的纳米颗粒，严重影响了晶体薄膜的质量和生长效率[2，3]。在相似的III族元素Ga、In，Al与V族元素N的结合中，Al-N化学键能最强，高达2.88 eV[1-3]。因此，Al（CH3）3与NH3之间气相寄生反应强，含Al粒子在N表面吸附后迁移率低，导致AlN薄膜生长速率慢、均匀性差、生长效率低。

2 改进的化学反应模型

在AlN的气相化学反应中，涉及到一百多个气相化学反应，其中间产物也有几十种，通过参考文献[4]中模拟，我们已经了解到各种组分在气相化学反应中所占的比重。由于现在我们缺少相关的参数无法对其中的化学反应进行系统的模拟，我们只能找到其在中间化学反应组分含量较高的，对反应主体具有导向作用的，因此，我们对其中的产物作进一步调整很有必要，改进相应的化学反应模型。……