作为第三代半导体材料的代表,GaN(氮化镓)禁带宽度大(3.4eV),热导率高(1.3W/cm-K),所以工作温度高,击穿电压高,抗辐射能力强,被普遍应用在发光二极管,即LED(light-emitting diode)。白光大功率LED主要是通过GaN基蓝光LED激发黄色荧光粉来实现。研究发现,GaN的均匀性对LED的出光率、可靠性、耐久性等产生重要的影响。金属有机物化学气相沉淀,即MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition),已成为制备GaN晶片最常用的方法。尽管MOCVD技术已经产业化,但外延生长机制复杂,其基础研究依然是热点内容。GaN外延生长影响参数较多,而温度场直接影响GaN生长的均匀性,因此,模拟和优化MOCVD反应室温度场的分布是MOCVD设备研制的关键内容之一。本文针对工业MOCVD展开研究,采用三维模型对MOCVD内的温度场与流场进行了耦合模拟,探究了反应器工艺参数和几何结构对温度均匀性的影响。主要考察了如下几种对均匀性影响较大的因素:入口流速,基座旋转速度,加热器功率,加热器与石墨基座距离、隔热板与石墨基座距离等。为了简化温度场评价的指标,温度均匀性的参考标准为温度的标准差,热效率的参考标准为耗散能量比值。结果表明,减小入口流速和基座旋转速度,增加隔热板与石墨基座距离,能有效提高温度均匀性。而且减小上述三种参数,有效提升了热效率。增加隔热板与石墨基座距离可以提高温度均匀性但会降低热效率。GaN薄膜三区的温度分布受工艺参数的影响不同,其中边缘区域温度均匀性和热效率最差。这些结论有助于外延工程师在综合考虑温度均匀性和热效率的基础上来优化反应器系统设计和过程参数。因为衬底和薄膜热膨胀系数不同,所以晶体制备的异质外延会发生热失配。本文针对GaN薄膜制备过程中的热应力问题,采用有限元分析方法重点研究了晶体由沉积温度冷却到室温过程中产生的热失配。主要探讨了薄膜厚度、缓冲层厚度、沉积温度等参数和衬底材料、缓冲层材料与薄膜热应力的关系,结论如下:插入缓冲层能减小薄膜热应力,且缓冲作用随沉积温度下降而下降;增加GaN薄膜厚度、增加缓冲层厚度、降低沉积温度可以有效降低薄膜热应力;蓝宝石、ZnO、SiC、Si分别作衬底时薄膜热应力依次降低,除了Si作衬底外,薄膜都是受压应力;In N、AlN、SiC分别作缓冲层时薄膜热应力依次降低,缓冲作用增加。