AlN單晶具有超寬的直接帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、優(yōu)異的壓電特性和非線性光學(xué)性質(zhì)，特別是與AlN與GaN晶格失配小，熱膨脹系數(shù)接近，熱導(dǎo)顯著高于GaN，使其成為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量氮化物同質(zhì)外延生長(zhǎng)、滿足高功率密度器件散熱需求最優(yōu)選的襯底材料，在紫外光電器件、微波毫米波器件、功率電子器件、高頻濾波波器、非線性光學(xué)器件等領(lǐng)域具有的重要應(yīng)用。然而，2英寸的單晶襯底尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，大尺寸AlN單晶制備困難是制約AlN應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。

近日，第七屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇暨第十八屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（IFWS & SSLCHINA 2021）在深圳會(huì)展中心舉行。期間，“氮化物半導(dǎo)體襯底與外延技術(shù)“分論壇上，北京大學(xué)物理學(xué)院教授于彤軍做了題為“大尺寸AlN單晶的同質(zhì)PVT生長(zhǎng)研究”的主題報(bào)告，結(jié)合具體的數(shù)據(jù)和結(jié)果，詳細(xì)分享了同質(zhì)PVT中的蔓延生長(zhǎng)過(guò)程、 PVT生長(zhǎng)源粉的氧雜質(zhì)控制、2英寸AlN單晶的研究進(jìn)展等內(nèi)容。

 

相比于自發(fā)行核、擴(kuò)徑PVT生長(zhǎng)的AlN襯底技術(shù)，AlN籽晶上同質(zhì)PVT生長(zhǎng)具有容易獲得大尺寸晶體、生長(zhǎng)效率高、成本較低的優(yōu)勢(shì)。為了探索大尺寸AlN單晶的同質(zhì)PVT生長(zhǎng)技術(shù)路線，研究開(kāi)展了AlN籽晶上PVT生長(zhǎng)研究，實(shí)施了設(shè)備熱場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制，獲得了生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)溫度、總壓強(qiáng)等因素對(duì)表面形貌和晶體質(zhì)量影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合有效的Al原子輸運(yùn)控制方法，實(shí)現(xiàn)了直徑超過(guò)60mm的AlN晶體，并加工出了直徑為55mm的AlN單晶襯底晶片；研究還進(jìn)行了源粉AlN顆粒燒結(jié)過(guò)程的研究，實(shí)施了比表面積控制的源粉處理工藝，大幅減少了氧雜質(zhì)對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程影響，晶片中氧雜質(zhì)含量低達(dá)1.5×10¹⁷cm^-3。研究表明，基于AlN籽晶的同質(zhì)PVT生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)2英寸及以上大尺寸AlN單晶襯底可行的技術(shù)，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。

 

報(bào)告指出，基于AlN籽晶的同質(zhì)生長(zhǎng)過(guò)程，呈現(xiàn)柱狀晶生長(zhǎng)的三維過(guò)程的特點(diǎn)，通過(guò)蔓延生長(zhǎng)方式，可以實(shí)現(xiàn)晶體形貌和質(zhì)量的優(yōu)化；通過(guò)源粉的顆粒比表面積降低，可以有效減少源粉氧雜質(zhì)的吸附，進(jìn)而降低AlN晶體中的氧雜質(zhì)影響，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的AlN單晶襯底；同質(zhì)PVT生長(zhǎng)的技術(shù)路線，可以成功制備2英寸AlN單晶襯底，是大尺寸AlN晶體制備可行的方案。

 

 

 

（內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料整理，如有出入敬請(qǐng)諒解）