氮化鋁（AlN）具有超寬禁帶寬度（6.2 eV）、高熱導(dǎo)率（340 W/m.K）、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)（11.7 MV/cm）、良好的紫外透過(guò)率、化學(xué)和熱穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，是制備高溫高頻及高功率電子器件以及高Al組分深紫外光電器件的理想襯底材料。物理氣相傳輸（PVT）法是制備高質(zhì)量AlN單晶最有前途的方法，但工業(yè)化批量生長(zhǎng)大尺寸、高質(zhì)量AlN單晶的工藝技術(shù)仍面臨著巨大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了當(dāng)前2英寸晶圓全球供應(yīng)量及其有限。

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，奧趨光電技術(shù)（杭州）有限公司王琦琨 博士做了題為“PVT法生長(zhǎng)高質(zhì)量大尺寸AlN單晶的最新進(jìn)展與挑戰(zhàn)”的視頻主題報(bào)告，結(jié)合AlN特性和潛在應(yīng)用，介紹了生長(zhǎng)大尺寸AlN單晶的常用策略及相應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，并闡述了生長(zhǎng)大尺寸AlN單晶的生長(zhǎng)不用策略的優(yōu)缺點(diǎn)。其次，針對(duì)PVT法單晶生長(zhǎng)工藝面臨的一系列挑戰(zhàn)。

 

AIN襯底的高成本主要來(lái)自晶體生長(zhǎng)的技術(shù)難點(diǎn)，如雜質(zhì)去除、極高溫度工藝、消耗成本和尺寸放大的迭代生長(zhǎng)運(yùn)行等。奧趨光電自主開發(fā)了多代全自動(dòng)AlN單晶氣相沉積單晶爐、AlN單晶生長(zhǎng)工藝過(guò)程的對(duì)流、傳質(zhì)、過(guò)飽和度及生長(zhǎng)速率預(yù)測(cè)等有限元模擬仿真軟件；基于相應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備及模擬仿真軟件，成功開發(fā)、生長(zhǎng)出了高質(zhì)量、直徑60mm的Al極性AlN單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)及其配套的可重復(fù)同質(zhì)外延生長(zhǎng)固化工藝，有效解決了如生長(zhǎng)極性控制、寄生生長(zhǎng)、表面生長(zhǎng)模式調(diào)控、雜質(zhì)及缺陷控制和晶體開裂等一系列重大問題。

對(duì)生長(zhǎng)出的AlN單晶經(jīng)過(guò)多線切割、研磨與拋光后的晶片進(jìn)行了高精度XRD、拉曼光譜、位錯(cuò)密度及深紫外透光性等表征分析。高精度XRD檢測(cè)表明，002半高寬低至85arcsec, 102半高寬低至45arcsec，且其分布均具有較高的一致性、均勻性，表明生長(zhǎng)的晶體具有極高的結(jié)晶質(zhì)量；拉曼光譜E2（high）峰位為657.28/cm，半高寬為5.8/cm, 與標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)應(yīng)力峰位657.40/cm比較，表明生長(zhǎng)的晶體內(nèi)幾乎無(wú)殘余應(yīng)力；采用濕法腐工藝及SEM檢測(cè)手段分析其位錯(cuò)密度在104-105之間；采用分光光度計(jì)對(duì)其紫外透光性的檢測(cè)結(jié)果表明，晶片265nm波段的紫外吸收系數(shù)低至25-35/cm, 且具有高度的均勻性和一致性。

 

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