以碳化硅、氮化鎵等重要的第三代半導(dǎo)體材料，在大功率高頻器件中具有重要的應(yīng)用。材料水平直接決定了器件的性能。對(duì)作為新材料的氮化鎵材料而言，尋找到更加合適的襯底是發(fā)展氮化鎵技術(shù)的重要目標(biāo)。氮化物襯底材料的生長(zhǎng)與外延非常重要。

2023年2月7-10日，開(kāi)年盛會(huì)，第八屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第十九屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）于蘇州勝利召開(kāi)。作為重要的技術(shù)分論壇——“氮化物襯底材料生長(zhǎng)與外延技術(shù)“分論壇如期召開(kāi)，分論壇由江蘇省第三代半導(dǎo)體研究院、英諾賽科、安徽亞格盛電子新材料有限公司、江蘇南大光電材料股份有限公司、中微半導(dǎo)體設(shè)備（上海）股份有限公司協(xié)辦支持。該論壇在北京大學(xué)理學(xué)部副主任沈波教授主持下，十余位報(bào)告嘉賓精彩分享，現(xiàn)場(chǎng)座無(wú)虛席，人氣爆棚，學(xué)習(xí)氛圍濃厚。有甚者，很多人擠進(jìn)會(huì)議室站著聽(tīng)完會(huì)議。

會(huì)上，由美國(guó)斯坦福大學(xué)電氣工程副教授Srabanti CHOWDHURY、蘇州納維科技有限公司研發(fā)副總經(jīng)理張育民，南京大學(xué)教授修向前、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體所研究員趙德剛、北京大學(xué)物理學(xué)院副教授許福軍、安徽亞格盛電子新材料有限公司副總經(jīng)理俞冬雷、日本國(guó)立物質(zhì)材料研究所獨(dú)立研究員桑立雯、奧趨光電技術(shù)（杭州）有限公司研發(fā)總監(jiān)（CTO）王琦琨、江蘇南大光電材料股份有限公司首席科學(xué)家楊敏、北京正通遠(yuǎn)恒科技有限公司總經(jīng)理劉兵武、武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院研究員袁超、江蘇第三代半導(dǎo)體研究院研發(fā)部負(fù)責(zé)人王國(guó)斌等精英專家們帶來(lái)精彩報(bào)告，分享前沿研究成果，交流探討熱烈。同時(shí)，每個(gè)報(bào)告嘉賓分享結(jié)束后，都會(huì)迎來(lái)大批“粉絲”上前互動(dòng)交流。

現(xiàn)場(chǎng)人氣爆棚，座無(wú)虛席

蘇州納維科技有限公司研發(fā)副總經(jīng)理張育民分享了應(yīng)用于垂直器件的高電導(dǎo)率GaN 單晶襯底的研究成果，報(bào)告指出，位錯(cuò)密度和位錯(cuò)傾角對(duì)錯(cuò)切角有很大影響。獲得了載流子濃度為1.7×10¹⁹cm^-3的Si摻雜的獨(dú)立GaN。將載流子濃度從6.7×10¹⁷cm^-3提高到1.7×10¹⁹cm^-3。比接觸電阻率從2.42×10^-4降至4.45×10^-5Ω*cm²

南京大學(xué)教授修向前分享了基于HVPE-Ga₂O₃氮化的GaN襯底技術(shù)的研究進(jìn)展與成果。報(bào)告指出，研究了β-Ga₂O₃薄膜簡(jiǎn)單高溫氮化制備低應(yīng)力多孔GaN單晶模板的工藝及氮化機(jī)理，研究了改進(jìn)多孔GaN模板晶體質(zhì)量的方法。研究了切角藍(lán)寶石襯底上外延β-Ga₂O₃薄膜的規(guī)律，切角Δa=7°時(shí)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量β-Ga₂O₃薄膜的單一疇外延生長(zhǎng)；氮化后多孔GaN晶體質(zhì)量顯著提高。研究了多孔GaN模板上無(wú)應(yīng)力HVPE-GaN厚膜的同質(zhì)外延、厚膜與藍(lán)寶石之間的分離技術(shù)。進(jìn)一步優(yōu)化工藝，可以用于大尺寸高質(zhì)量低成本GaN單晶襯底的制備。

紫外光電子器件的應(yīng)用涉及紫外通信、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)加工等領(lǐng)域，從紫外光電子器件的基本結(jié)構(gòu)，核心器件需要高質(zhì)量的氮化鋁（AlN）外延層。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體所研究員趙德剛帶來(lái)了題為“平片藍(lán)寶石襯底上高質(zhì)量AlN材料MOCVD生長(zhǎng)”的報(bào)告，報(bào)告指出，AlN材料面臨著Al原子表面遷移能力低、Al原子預(yù)反應(yīng)嚴(yán)重等難點(diǎn)，報(bào)告提出了一種“復(fù)合緩沖層（隔離層+成核層）”結(jié)構(gòu)，有效避免了外延過(guò)程中氮化的影響，有望緩解應(yīng)力、降低Al原子遷移能力的要求，解決AlN外延難題，并分享了最新研究進(jìn)展。研究結(jié)果顯示，AlN材料是深紫外器件基礎(chǔ)，但是其刃位錯(cuò)密度過(guò)高是最大難點(diǎn)，AlN的(002)/(102)XRD為172/145arcsec,總位錯(cuò)密度～1.3×10⁸ cm^-2。

北京大學(xué)物理學(xué)院副教授許福軍分享了AlGaN基低維量子結(jié)構(gòu)外延和電導(dǎo)率調(diào)控研究進(jìn)展，通過(guò)開(kāi)發(fā)AlN的“過(guò)飽和空位工程”新方法，獲得了（002）/（102）平面的XRC FWHM為59/166弧秒；通過(guò)在具有大錯(cuò)切角的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)n-AlGaN，n-AlGaN的濃度和電導(dǎo)率分別達(dá)到2.1×10¹⁹cm^-3和200S/cm。通過(guò)發(fā)展“脫附剪裁超薄外延”方法，制備了空穴濃度為8.1×10¹⁸cm^-3的p-AlGaN單光子晶體。

安徽亞格盛電子新材料有限公司副總經(jīng)理俞冬雷詳細(xì)分析了當(dāng)前應(yīng)用于先進(jìn)制程的高純電子化學(xué)品高質(zhì)量管理需求，指出產(chǎn)品規(guī)格的設(shè)計(jì)和認(rèn)證必須以符合客戶使用條件為第一原則。分析測(cè)試是各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的難點(diǎn)，需要定制開(kāi)發(fā)。管控細(xì)節(jié)非常重要。對(duì)原材料擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和研發(fā)生產(chǎn)能力是打破國(guó)際壟斷的關(guān)鍵一步，芯片制造過(guò)程也是精細(xì)化工過(guò)程材料是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，薄膜沉積是芯片制造的核心工藝環(huán)節(jié)。報(bào)告同時(shí)指出，整個(gè)前驅(qū)體制造工藝控制嚴(yán)格，相對(duì)傳統(tǒng)化工存在眾多特殊管控要求。尤其是在純化、分析檢測(cè)、包材處理技術(shù)上，存在多項(xiàng)特殊控制點(diǎn)，如顆粒度、電導(dǎo)率以及雜質(zhì)析出等問(wèn)題，且此類控制點(diǎn)國(guó)外極少披露，對(duì)行業(yè)潛在進(jìn)入者形成了較高技術(shù)壁壘。

奧趨光電技術(shù)（杭州）有限公司研發(fā)總監(jiān)（CTO）王琦琨分享了PVT法同質(zhì)外延AlN生長(zhǎng)和p型摻雜面臨的挑戰(zhàn)。報(bào)告指出，AlN在深紫外光電子、激光器和傳感器器件以及功率器件和快速電聲SAW/BAW器件方面具有巨大的潛力。AlN襯底的高成本主要來(lái)自晶體生長(zhǎng)方面的技術(shù)困難，如雜質(zhì)去除、極高的溫度工藝、耗材成本和尺寸放大的迭代生長(zhǎng)、低產(chǎn)率等，奧趨光電開(kāi)發(fā)了內(nèi)部傳質(zhì)/過(guò)飽和/生長(zhǎng)速率預(yù)測(cè)/3D應(yīng)力FEM模塊，以及一系列專利技術(shù)，以實(shí)施第一代/第二代/第三代PVT生長(zhǎng)反應(yīng)器，并生長(zhǎng)大于2英寸的高質(zhì)量AlN晶體。在試生產(chǎn)中推出了基于第三代PVT生長(zhǎng)反應(yīng)器的10mm/10mm*10mm/15mm/20mm/25mm/30mm/50.8mm大塊AlN晶片，并在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)花費(fèi)大量努力擴(kuò)大晶體尺寸和產(chǎn)能。

江蘇南大光電材料股份有限公司首席科學(xué)家楊敏在題為”新型MO源及在第三代半導(dǎo)體中的應(yīng)用“的報(bào)告詳細(xì)分享了MO源的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化、MO源的發(fā)展方向、新型MO的研發(fā)和驗(yàn)證。MO源技術(shù)向著液態(tài)化的方向發(fā)展，比如液態(tài)鎂、液態(tài)銦。未來(lái)發(fā)展研發(fā)新產(chǎn)品，比如有機(jī)鈧源、有機(jī)硼源、低硅低氧鋁、有機(jī)氮源、有機(jī)鍺源等。 

武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院研究員袁超在“無(wú)損表征氮化鎵外延熱物性的瞬態(tài)熱反射技術(shù)”的報(bào)告中，比較了熱反射法的原理和各類方法，分享了熱反射法的常規(guī)應(yīng)用 (基于金屬薄膜)，無(wú)損熱反射法 (免金屬薄膜)。研究結(jié)果顯示，器件熱性能可以通過(guò)測(cè)試曲線做定性分析，Si襯底熱導(dǎo)率雖然比Sapphire好，但是AlGaN熱導(dǎo)率太低且厚，導(dǎo)致Si襯底材料散熱性能比Sapphire襯底差，可建立器件熱模型，將測(cè)試數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù)，預(yù)測(cè)溫度。

北京正通遠(yuǎn)恒科技有限公司總經(jīng)理劉兵武做了題為“定量陰極發(fā)光CL技術(shù)在氮化物半導(dǎo)體中的應(yīng)用”的報(bào)告，分享了陰極發(fā)光(CL)原理，以及定量CL設(shè)備，研究機(jī)臺(tái)和工業(yè)機(jī)臺(tái)。報(bào)告指出，非故意摻雜GaN中位錯(cuò)類型的測(cè)量中，CL 信號(hào)的分析可以對(duì)位錯(cuò)類型進(jìn)行測(cè)量，在GaN器件中僅有一些位錯(cuò)類型和漏電流相關(guān)，位錯(cuò)類型分布的測(cè)量是優(yōu)化GaN器件的關(guān)鍵。

以氮化鎵為代表的III族氮化物，是唯一覆蓋可見(jiàn)光到紫外波長(zhǎng)范圍的半導(dǎo)體發(fā)光材料體系。江蘇第三代半導(dǎo)體研究院研發(fā)部負(fù)責(zé)人王國(guó)斌帶來(lái)了題為“高性能GaN-on-GaN材料與器件的外延生長(zhǎng)”的主題報(bào)告，研究院從ABC Model理論出發(fā)，以抑制非輻射復(fù)合為目標(biāo)，提出采用GaN單晶襯底生長(zhǎng)同質(zhì)Micro-LED。開(kāi)發(fā)了大電流密度注入下可見(jiàn)光通信應(yīng)用的外延結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了性能表征。報(bào)告指出，氮化鎵同質(zhì)外延的再生長(zhǎng)界面處理、均勻性提升和外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)研究；同質(zhì)Micro-LED外延材料具有窄波長(zhǎng)半寬、小波長(zhǎng)偏移和低效率下降的特點(diǎn)；同質(zhì)芯片在可見(jiàn)光通信應(yīng)用上顯示了較好的發(fā)光均勻性、漏電小、開(kāi)啟電壓低等特點(diǎn)，有望達(dá)到在高通信速率下，兼顧高帶寬和高光功率的性能。