奥趋光电成功制备出高质量3英寸氮化铝单晶

氮化铝(AlN)作为典型的超宽禁带半导体材料之一,具有宽带隙(6.2 eV)、高临界击穿场强、高热导率等优异性质,与其他宽禁带半导体材料如SiC、GaN等相比有着无法比拟的优势,在高温、高频、高功率等器件上有着广泛的应用前景。近50年来,众多研究机构和企业在AlN单晶衬底领域付出了不懈的努力,目前,2英寸AlN衬底已实现商业化。然而,深紫外光电器件和超宽禁带半导体电子技术的快速商业化急需4英寸AlN衬底。

奥趋光电在氮化铝单晶生长领域取得突破性进展

应诺贝尔物理奖获得者天野浩教授为会议主席的组委会邀请,奥趋光电技术(杭州)有限公司在日本横滨4月23~25日举行的LED工业应用国际会议(LEDIA-2019)上,推出了直径60 mm氮化铝单晶及晶圆,该晶圆为迄今为止国内外见诸报道的最大尺寸氮化铝晶圆。检测结果表明,晶片的拉曼半高宽仅为2.85 cm^-1 ,深紫外260~280 nm波段下的吸收系数低至14~21 cm^-1 ,关键性能指标居全球领先水平。该成果标志着中国在第三/四代半导体关键战略新材料氮化铝单晶领域取得突破性进展,在此之前,美国在全球氮化铝单晶及晶圆制造方面直径最大可达2英寸(50.8 mm),长期处于技术垄断地位。

奥趋光电实现2英寸氮化铝单晶衬底小批量量产

奧趋光电技术(杭州)有限公司(以下简称"奥趋光电")日前发布了重磅产品——2英寸(Φ50.8 mm)高质量氮化铝单晶衬底,并正式启动小批量量产。随着2英寸氮化铝单晶衬底的小批量量产,高功率深紫外LED、紫外LD、紫外探测器、紫外预警及高功率、高频、高温电子器件等领域迎来了其最佳衬底材料及解决方案。

PVT法AlN单晶生长技术研究进展及其面临挑战

氮化铝(AlN)具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率(340 W/(m·℃))、高击穿场强(11.7 MV/cm)、良好的紫外透过率、高化学和热稳定性等优异性能,是氮化镓基(GaN)高温、高频、高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想衬底材料。物理气相传输(PVT)法是制备大尺寸高质量AlN单晶最有前途的方法。本文介绍了AlN单晶的晶体结构、基本性质及PVT法生长AlN晶体的原理与生长习性。基于AlN单晶PVT生长策略,综述了自发形核工艺、同质外延工艺及异质外延工艺的研究历程,各生长策略的优缺点及其最新进展。最后对PVT法生长AlN单晶的发展趋势及其面临的挑战进行了简要展望。

超宽禁带半导体材料——氮化铝单晶

氮化铝是极具应用潜力的超宽禁带半导体材料,具有很多优良的性质,如其禁带宽度高达6.2 eV,同时具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高化学和热稳定性,及高导热、抗辐射等优异性能,因此氮化铝是紫外/深紫外LED、紫外LD最佳衬底材料,也是高功率、高频电子器件理想衬底材料。此外,氮化铝具有优良的压电性、高的声表面波传播速度和较高的机电耦合系数,是GHz级声表面波器件的优选压电材料。

高温退火工艺对直流反应磁控溅射制备蓝宝石基氮化铝模板的影响

采用直流反应磁控溅射与高温退火工艺大批量制备了膜厚为200 nm、400 nm及800 nm的2英寸蓝宝石基氮化铝模板,并对高温退火前后不同膜厚模板使用各种表征手段进行对比分析。结果表明:采用磁控溅射制备膜厚为200 nm的模板经高温退火后晶体质量得到显著提升,退火前后整片(0002)面和(10-12)面高分辨率X射线衍射摇摆曲线半高宽分别从632~658 arcsec和2580~2734 arcsec下降至70.9~84.5 arcsec和273.6~341.6 arcsec;模板5μm×5μm区域内均方根粗糙度小于1 nm;紫外波段260~280 nm吸收系数为14~20 cm^-1;高温退火前后拉曼图谱E 2(high)声子模特征峰半高宽从13.5 cm^-1降至5.2 cm^-1,峰位从656.6 cm^-1移动至657.6 cm^-1,表明氮化铝模板内的拉应力经高温退火后得到释放,接近无应力状态。

籽晶台形状对PVT法同质外延生长氮化铝单晶初始生长的影响

借助专业晶体生长模拟软件FEMAG和自主开发的对流、传质、过饱和度及生长速率预测等有限元模块研究了物理气相传输法(PVT)同质外延生长氮化铝(AlN)单晶工艺时的初始传热及传质过程,并分析了不同形状籽晶台对生长室内的温度场、流场、过饱和度及生长速率的影响。温度场模拟结果表明籽晶台侧部角度改变可影响籽晶表面轴向及径向温度梯度,流场及传质模拟表明籽晶台侧部角度变化对籽晶台周边的传质有巨大影响。传质及过饱和度模拟结果表明,当籽晶台侧部角度为130°时,籽晶表面温度梯度较小且可以完全抑制籽晶台侧部多晶沉积,有利于通过同质外延工艺生长出无寄生、无裂纹的高质量氮化铝单晶锭。

PVT法同质外延制备大尺寸Al极性氮化铝晶体生长工艺及其表征分析研究

本文基于自主设计的氮化铝生长炉,开展了四组不同工艺条件下Al极性面氮化铝籽晶同质外延生长氮化铝单晶的生长特征及其结晶质量表征研究。研究发现:不同工艺条件下生长的晶体的拉曼图谱E 2(high)特征峰峰位表明,晶体内部均存在较小的拉应力;在坩埚顶部在相对较高温度2210℃、坩埚底部与顶部温差42℃的低过饱和度生长条件下,晶体表面光滑,呈现阶梯流生长形貌,并具有典型的氮化铝单晶生长习性面,晶体初始扩张角大于40°,高分辨率X射线衍射(HRXRD)测得0002、1012反射摇摆曲线及拉曼光谱检测结果表明,该条件下生长的氮化铝晶体结晶质量优异,并可实现快速扩径。基于该生长条件,通过外延生长后成功获得尺寸∅45~47 mm的氮化铝单晶锭,相关表征结果表明生长的氮化铝晶体具有优越的结晶性能。