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金属有机化学气相沉积（MOCVD）是制备微电子和光电器件的关键技术。在MOCVD反应器中,存在着大的温度差和浓度差,将引发强烈的自然对流和浓度扩散。此外还存在着气体的强迫流动、热物性对温度的依赖、由高温引起的热扩散以及高温衬底对壁面的热辐射等,它们与反应器的形状和几何尺寸等因素耦合在一起,影响薄膜生长的速率和质量。因此,深入了解MOCVD反应器内的输运过程,对于优化反应器设计、控制薄膜生长速率和提高薄膜生长质量,具有重要意义。本文从高速转盘式和改进型水平式反应器的原理受到启发,提出一款结合两者优点的水平切向喷射式MOCVD反应器:反应气体从均匀分布于内壁的切向进口喷管喷入反应室,尾气从位于反应室中心的上方或下方出口排出。通过切向喷射,使气体在反应室内发生人工可控的螺旋流,使基片上方的气体在水平方向逐渐旋转与加速,从而补偿反应物浓度从边缘进口到中心出口的沿程损失,以便获得均匀的薄膜沉积。为了验证这种新型反应器的性能,利用FLUENT软件,对其输运过程及其与外部参数的关系进行了计算机数值模拟,并提出了反应器的优化方案。在此过程中,分别对基本三维模型、考虑热辐射的三维模型以及包含化学反应的三维模型进行了数值模拟。通过变化反应器几何参数和操作参数,验证了设计方案的可行性。研究发现:新型反应器能够有效抑制热对流涡旋,进口夹角是控制气体在反应室内发生不同形态的螺旋流动的重要因素,适当加大进气流量和增加喷管数目均有利于气体的混合均匀,下出口方式对上壁寄生反应有抑制作用等。通过模拟优化,显示了新型反应器基片上方均匀的浓度场、带有较强水平旋转和径向速度递增的均匀流场以及较大的垂直温度梯度和水平方向较均匀的温场。运用离散坐标（DO）法模拟辐射的影响,发现要使该反应器壁面温度保持在低温,需要大约160W/m2-K的外壁面强制对流换热系数。综合考虑GaN MOCVD生长的气相和表面化学反应后,显示该反应器在沉积区域生长速率均匀,且反应物的利用率较高。论文最后还对一款商用垂直喷淋式反应器进行了包括化学反应的GaNMOCVD生长的全局模拟。通过变化工艺参数发现:加大TMGa流量,生长速率提高,但TMGa的利用率下降;加大载气H2流量或增加工作压强,生长速率呈下降趋势;加大NH3流量或增大衬底温度,生长速率先增大后减小;增大托盘转速,生长速率增大。针对以上结果,作者结合相关文献报道给出了原因分析和解释。