氮化镓(GaN)材料拥有优异的物理、化学特性，是发展近红外-可见-紫外波段半导体光电器件及高频、高压、高温、大功率微电子器件的优选材料，与金刚石、ZnO、SiC等一起被美誉为第三代半导体材料。氮化镓等Ⅲ族氮化物及相关器件的光电特性、工作性能和使用寿命与多种因素有关。目前，GaN材料的生长工艺和设备的设计主要是基于实践经验。利用数字化的方法和先进的计算机模拟技术建立起来的物理模型能够进一步加深在生长动力学方面的定量认识，并且能够在边界条件变动范围很大的情况下模拟GaN反应腔体的行为。同时物质生长的宏观现象是大量分子、原子的运动和相互作用的反映，随着人们对物质的微观结构的不断深入了解，人们愈加需要从微观角度探讨物质的宏观现象的基本规律，寻找内在的联系。　　本论文利用数值模拟，通过计算流体动力学(CFD)和分子动力学(MD)对GaN HVPE反应腔体和GaN微观键合过程进行了模拟，根据模拟结果对HVPE反应室设计的参数进行了优化。其中CFD模拟基于计算流体动力学的计算机模型化软件FLUENT，和栅格建模GAMBIT软件作为模拟工具，模拟研究了新型立式HVPE系统设计的参数。建立起了氢化物气相外延(HVPE)生长GaN新型立式反应室的二维、三维模型和CFD模拟的数据库，通过模拟给出了典型情况下反应室的流场、内部结构、反应气体流量以及衬底旋转等对GaN生长的影响。利用分子动力学模拟，研究了缺陷对GaN晶体性质的影响，研究了Ⅴ/Ⅲ以及Ga、N原子初始混合度、温度对GaN生长的影响。　　研究的主要内容和结果如下:　　1、利用计算流体力学软件，模拟研究了新型立式HVPE系统设计的参数，在模拟分析的基础上，对氮化镓HVPE反应系统腔体内的结构参数进行了优化。研究发现，随着衬底与反应气体入口距离的增加，GaN沉积速率下降，均匀性逐渐变好。随着氯化镓进气口跟氨气进气口之间距离的变化，GaN沉积的均匀性发生改变。模拟给出了最合适的距离为3厘米。　　2、模拟研究了改变GaCl气体流量、衬底旋转转速以及有无空间反应等对GaN沉积速率的影响。研究发现了若增大GaCl气体和NH3气体的流量，在一定条件下，GaN的沉积速率与GaCl气体流量呈线形关系，这与相关文献报道的结果一致。适当的衬底旋转速率在一定程度上加剧了反应腔内反应气体的扩散，并形成层流使得反应气体在衬底上方分布均匀，GaN生长更加均匀。在该HVPE系统设计模拟研究中，衬底最佳旋转速度为90 rad/s。　　3、利用分子动力学软件LAMMPS模拟研究了缺陷对GaN晶体生长的影响，对GaN键合的过程进行了模拟研究，研究了改变Ⅴ/Ⅲ和Ga、N原子初始混合度等对于GaN生长的影响。模拟研究发现，Ⅴ/Ⅲ在一定程度上越大，GaN生长越好;初始混合度开始时越大GaN生长越好，但是增加到一定的值之后，GaN生长均匀性改变不大;进一步研究发现只有底板上方的Ga、N原子初始混合度越大越好。