氮化铝（AlN）是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体薄膜材料,广泛应用于制备高亮度LED、紫外探测器和高频大功率器件。金属有机气相化学沉积（MOCVD）是生长AlN最常用的方法。在AlN的MOCVD生长中,由于Al-N之间化学键能最强,导致气相中强烈的寄生反应,造成大量纳米粒子的生成,不仅浪费反应源,还影响晶体质量。因此,研究AlN生长的输运过程和气相反应对于提高薄膜生长效率和质量至关重要。针对行星式和高速转盘式反应器,对反应器不同几何结构和操作参数情况下AlN的生长进行数值模拟,并对反应器的几何结构和进口设计做出优化,以获得更好的AlN薄膜质量和更高的生长速率。论文主要内容如下:1.围绕AlN-MOCVD的生长,详细地总结了MOCVD的原理、反应器类型、输运过程、化学反应、研究现状和发展趋势。根据前人的经验,确定了AlN-MOCVD主要的化学反应动力学模型,包括具有较高活化能的热解路径和较低活化能的加合路径,利用VR-Nitride软件对AlN-MOCVD生长的气体输运和化学反应进行数值模拟。2.针对行星式反应器的几何结构对气相反应路径和AlN生长速率的影响,从反应器进口方式、进口数量、出口位置及尺寸这几个方面进行数值模拟研究。研究发现:（1）使用二重倒置进口行星式反应器,反应趋向于热解路径,AlN薄膜的生长速率高但均匀性差。在此基础上优化隔板位置可改善薄膜均匀性。（2）在三重和五重进口行星式反应器中,反应都趋向于加合路径,进口数量的增加使AlN薄膜的生长速率得到提高的同时也保障了薄膜的均匀性。（3）将出口位置改为垂直出口（出口方向向下）,发现反应路径比水平出口更趋向于热解路径,生长速率更高,纳米粒子更易于排出反应腔。3.针对行星式反应器中操作参数对AlN生长的气相反应路径和生长速率的影响,从压强、载气流量、Ⅴ/Ⅲ比这三个方面进行数值模拟研究,研究表明:（1）压强增大使加合反应增强,热解路径减弱。（2）低载气流量时,反应更趋向于加合路径;而高载气流量下,TMAl更容易发生热解反应,且生长前体在反应器内的浓度分布呈一种拉长的形态,使薄膜生长更均匀,且AlN生长速率更高;（3）在TMAl流量增大过程中,反应走热解路径和加合路径的趋势相当。低TMAl流量时,AlN的生长速率随TMAl流量呈线性增长趋势。低NH₃流量高TMAl流量可减少寄生反应,获得更高的AlN生长速率。4.针对高速转盘式反应器几何结构和进口设计的优化,分别从反应腔高度、进口数量以及进口隔板长度这三方面进行模拟,发现降低反应腔高度可以使含Al粒子更靠近衬底,AlN的生长速率增大。在此基础上将反应器设计为10环同心圆环式进口,进口隔板长度为5 mm,此时含Al粒子更靠近衬底,因此生长速率明显提高。将反应器进口隔板长度进一步增加至10 mm,发现AlN生长速率略有增加,但是薄膜均匀性变差。因此对高速转盘式反应器几何结构和进口设计做出优化:反应腔高度降低为20 mm,增加10环同心圆环式进口,并将隔板长度设计为5 mm。优化后反应器内热解路径增强,但反应仍以加合路径为主。