Ⅲ族氮化物半导体由GaN、AlN、InN三种直接带隙化合物半导体及其组分可调的三元(InGaN、AlGaN、InAlN)四元(InAlGaN)合金组成，其禁带宽度从InN的0.7eV到AlN的6.2 eV连续可调，覆盖了从红外到紫外的波长范围，是迄今禁带宽度调制范围最宽的半导体体系，并具有一系列的优异物理和化学性质，成为目前半导体研究的前沿与热点。目前，Ⅲ族氮化物半导体器件研究开发热点主要集中在三个方面:(1)低In或低Al组分GaN基LED或微电子器件及非极性半极性GaN基LED或LD，特别是大尺寸低成本Si衬底GaN基LED器件或电力电子器件。(2)高Al组分AlGaN基光电器件(如UV-LED、UV-LD、UV探测器)或微电子器件(如HEMT、HFET);(3)高In组分InGaN基光电器件(如纯绿光LED或LD、单芯片白光LED、全光谱太阳电池器件)。而MOCVD是Ⅲ族氮化物半导体材料和器件制备生长和规模化生产的主流装备，但由于不同组分Ⅲ族氮化物半导体材料和器件的制备生长工艺条件存在非常大差异，需要设计不同的MOCVD反应室结构以满足不同组分Ⅲ族氮化物材料和器件制备生长工艺需要。本论文针对现有商品化MOCVD设备的功能局限，针对不同组分Ⅲ族氮化物半导体材料和器件的研究开发需要，利用计算机通过流场模拟进行新型MOCVD反应室结构的优化设计研究，具体研究内容和研究结果如下:　　(1)流体力学守恒型控制方程是Fluent数值模拟的基础。利用数值方法对求解的区域进行离散，即网格生成，然后对控制方程和定解条件在网格节点上进行离散，最后求解。本文中的计算采用有限体积法生成非结构化网格，然后将控制方程在网格节点上进行离散化，运用压力耦合方程的半隐式算法(SIMPLE)求解耦合的动量、能量方程。因此文中对有限体积法及SIMPLE算法的过程进行了详细的介绍，同时也对Fluent软件进行了简要的介绍。　　(2)为了满足大尺寸GaN LED外延片的制备生产技术需要，我们借鉴日本日亚公司双气流MOCVD反应室的设计思想，利用Fluent模拟设计出了一种新型水平三层流热壁MOCVD反应室结构，其技术关键是除对衬底加热外还引入顶壁加热，以抑制热对流。该新结构MOCVD反应室，既能很好弥补常规水平多层流反应室的热对流、顶壁沉积、原料消耗大、生长效率低等技术不足，还可采用组合集成方式形成多腔室的MOCVD反应系统，实现低成本、高效、规模化生产。　　(3)我们提出了—非轴对称的垂直流反应室设计方案，针对高Al组分AlGaN基光电材料和器件研发需要高温MOCVD设备的技术需求，我们利用Fluent对该垂直流反应室进行了模拟优化，最后得出了新型垂直流喷淋式高温MOCVD反应室的结构，其技术关键分别在于圆锥形导流罩和喷淋头上的喷管中间稀外围密的非均匀排布方式设计。此新结构高温MOCVD反应室，既能有效降低难以克服的高温涡流对材料均匀可控生长的影响，还对削弱预反应和提高材料生长效率具有积极效果。　　(4)在前面提出的非轴对称的垂直流反应室设计方案的基础上，针对高In组分InGaN基光电材料和器件研发需要高压MOCVD设备的技术需求，我们以InN的生长条件为准，利用Fluent模拟设计出了一种新型垂直流喷淋式高压MOCVD反应室结构，其技术关键在于喷淋头中氨气和In源喷管的排布方式设计。该新结构高压MOCVD反应室，既能有效降低高压涡流对材料均匀可控生长影响，还对削弱预反应和提高材料生长效率具有积极效果。　　(5)本文最后计算了在调制掺杂的AlxGa1-xAs/GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中空间层厚度波动散射对量子阱中二维电子气迁移率的影响。