MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)设备作为化合物半导体材料研究和生产的手段,特别是作为工业化生产的设备,它的高质量、稳定性、重复性和规模化是其它的半导体材料生长设备无法替代的,反应室是MOCVD设备的核心部件,反应室设计的优劣直接关系到其所生长薄膜的质量。利用计算机对反应室建模仿真研究,是对反应室进行研究不可或缺的方法。本文通过对立式感应加热的MOCVD反应室模拟分析,对其内部的热场和流场问题分别进行了深入和系统的研究。论文首先对电磁加热MOCVD反应室建立了数学模型。给出了相关模型参数和仿真过程。在此基础上,对反应室中的电磁场进行了研究,分析了线圈匝数、激励电流的电流频率、电流强度和线圈间距对电磁场和焦耳热分布的影响。论文研究了基座和衬底的温度与外加参数的变化关系。研究发现,基座和衬底的温度分布具有明显的集肤性,其温度的大小与对流换热系数成反比,但对流换热系数对基座和衬底的温度分布影响较小;另外,还发现基座和衬底的温度分布分别与电流频率、电流强度和线圈匝数成正比,但衬底温度分布均匀性与之成反比;衬底温度大小随线圈间距的增大而减小,但其温度分布均匀性随线圈间距增大而有所提高;当线圈关于基座中截面对称分布、线圈间距和线圈半径较小时,加热效率最高。本文还分析了热偶孔的大小与基座和衬底温度分布间的关系,发现热偶孔的大小对基座和衬底的温度分布影响较小,但对热偶顶部的温度影响较大,通过对热偶孔大小的优化,找到了使热偶顶部的温度与衬底平均温度差最小的热偶孔大小的最优值。利用对基座刻环形槽的方法,对常规基座进行了改进,解决了感应加热条件下衬底温度分布不均匀的问题。通过对不同加热时间条件下基座温度分布的研究,本文发现了刻槽基座的传热机理—基座中所刻的槽改变了基座因感应产生热量的传导方向和分布。本文还发现槽的位置和大小对衬底温度分布的均匀性影响很大,另外,基座的高度对衬底温度分布均匀性也有一定影响,通过调节槽的位置、大小和基座的高,得到了使衬底温度分布均匀的加热结构。论文给出了二英寸至六英寸衬底加热结构的优化结果;另外,分别利用改进的加热三英寸和四英寸衬底的基座,成功地生长了质量较好的GaN三英寸和四英寸薄膜,证明了这种加热结构的可行性。然而,随着衬底尺寸的增加,用这种方法优化得到的基座厚度也相应增加,这对衬底温度的迅速切换带来一定的困难。为此,本文对大尺寸衬底(如六英寸、八英寸和十二英寸)的加热结构进行了进一步改进和优化,从而解决了大尺寸衬底感应加热结构的设计问题。研究结果表明,线圈在基座下方的情况对应衬底的温度分布均匀性要明显优于线圈在反应室外的情况,但加热效率比后者低。论文建立了反应室流场的数学模型,结合实验结果对反应室中的流场进行了仿真分析。通过对生长单片二英寸晶片的反应室流场分析发现,仿真结果与实验结果基本一致,反应室中的流场分布与壁面温度、反应室压强和入气口的大小有关,较低的壁面温度、较大的入气口和较低的反应室压强情况下,可使反应室中的涡旋较小,有利于提高生长薄膜的质量。通过对刻槽基座和没有刻槽基座对应反应室内流场分布的分析,发现基座刻槽与否对流场的分布影响较小。