氮化镓(GaN)为重要的宽禁带化合物半导体材料，其优异的物理和化学性能使其成为制造蓝光LED、半导体激光器、大功率二极管的重要基础材料。目前GaN薄膜主要在蓝宝石、硅、碳化硅等异质衬底表面MOVPE外延生长，由于GaN与异质衬底的晶格失配和热失配，造成薄膜缺陷增加和质量下降，使用GaN同质衬底是解决上述问题的关键。　　氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy，简称HVPE)是制备GaN同质衬底的主要方法。它具有生长速率高、反应器结构简单、工艺较成熟等优点。但由于HVPE过程为外壁加热的放热反应，因此存在托盘温度均匀性差、寄生反应严重等问题。随着光电产业的发展，需要研发大尺寸的HVPE反应器，以降低生产成本，提高生产效率。由于GaN薄膜的气相生长是一个多物理场耦合的复杂过程，小尺寸反应器无法简单地成比例放大。　　本文针对大尺寸HVPE反应器GaN生长过程进行二维与三维数值模拟研究，重点讨论了托盘表面温度过低与温度分布不均问题的解决方法，以及工艺操作参数变化对生长的影响。主要研究结果如下:　　1.通过对HVPE反应腔进行二维数值模拟，发现反应腔温场的准确模拟必须考虑石英的半透明性，靠近托盘的加热器功率对托盘温度影响最大，加热器功率的增大使托盘表面温度分布更加不均匀，气流增大也会降低托盘表面温度。　　2.保持加热器功率不变时，在反应器底部设置隔热钼屏可以有效提高托盘表面温度，使用4层钼屏托盘温度升高约48 K，而温度均匀性保持不变。在增加钼屏的基础上，在石墨托盘内部开圆柱槽，可显著提高托盘温度分布均匀性，并使温度进一步提高约5K。　　3.在获得合理的生长温度分布后，针对一种新的三重喷头结构进行数值模拟。考虑了GaN的表面沉积反应，以及主要工艺参数对生长的影响。模拟结果表明:(1)隔离N2流量的增大可以显著减小NH3向GaCl的扩散，但会造成表面沉积速率的不均匀;(2)GaN生长速率受GaCl输运控制，减小托盘与喷头距离可以提高生长速率，但需要保证GaCl与NH3有足够的扩散长度以达到均匀混合，本文中此距离的优化值为45 mm;(3)提高托盘转速，可提高表面沉积速率与生长均匀性;(4)压强的升高是双刃剑，在增大生长速率的同时会导致均匀性变差;(5)重力方向与气流方向相反可以避免寄生产物污染生长表面，均匀性较重力与气流方向相同时更优，但生长速率减小。具体实施应视实际情况而定。