氮化鋁（AlN）具有超寬禁帶寬度（6.2 eV）、高熱導率（340 W/m.K）、高擊穿場強（11.7 MV/cm）、良好的紫外透過率、化學和熱穩定性等優異性能，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）法是制備高質量AlN單晶最有前途的方法，但工業化批量生長大尺寸、高質量AlN單晶的工藝技術仍面臨著巨大挑戰，導致了當前2英寸晶圓全球供應量及其有限。

近日，第七屆國際第三代半導體論壇暨第十八屆中國國際半導體照明論壇（IFWS & SSLCHINA 2021）在深圳會展中心舉行。期間，“氮化物半導體襯底與外延技術“分論壇上，奧趨光電技術（杭州）有限公司王琦琨 博士做了題為“PVT法生長高質量大尺寸AlN單晶的最新進展與挑戰”的視頻主題報告，結合AlN特性和潛在應用，介紹了生長大尺寸AlN單晶的常用策略及相應的關鍵設備，并闡述了生長大尺寸AlN單晶的生長不用策略的優缺點。其次，針對PVT法單晶生長工藝面臨的一系列挑戰。

 

AIN襯底的高成本主要來自晶體生長的技術難點，如雜質去除、極高溫度工藝、消耗成本和尺寸放大的迭代生長運行等。奧趨光電自主開發了多代全自動AlN單晶氣相沉積單晶爐、AlN單晶生長工藝過程的對流、傳質、過飽和度及生長速率預測等有限元模擬仿真軟件；基于相應自動化設備及模擬仿真軟件，成功開發、生長出了高質量、直徑60mm的Al極性AlN單晶生長熱場及其配套的可重復同質外延生長固化工藝，有效解決了如生長極性控制、寄生生長、表面生長模式調控、雜質及缺陷控制和晶體開裂等一系列重大問題。

對生長出的AlN單晶經過多線切割、研磨與拋光后的晶片進行了高精度XRD、拉曼光譜、位錯密度及深紫外透光性等表征分析。高精度XRD檢測表明，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，表明生長的晶體具有極高的結晶質量；拉曼光譜E2（high）峰位為657.28/cm，半高寬為5.8/cm, 與標準的無應力峰位657.40/cm比較，表明生長的晶體內幾乎無殘余應力；采用濕法腐工藝及SEM檢測手段分析其位錯密度在104-105之間；采用分光光度計對其紫外透光性的檢測結果表明，晶片265nm波段的紫外吸收系數低至25-35/cm, 且具有高度的均勻性和一致性。

 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）