AlN單晶具有超寬的直接帶隙、高擊穿場強、優異的壓電特性和非線性光學性質，特別是與AlN與GaN晶格失配小，熱膨脹系數接近，熱導顯著高于GaN，使其成為實現高質量氮化物同質外延生長、滿足高功率密度器件散熱需求最優選的襯底材料，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、非線性光學器件等領域具有的重要應用。然而，2英寸的單晶襯底尚未實現產業化，大尺寸AlN單晶制備困難是制約AlN應用的關鍵問題。

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，北京大學物理學院教授于彤軍做了題為“大尺寸AlN單晶的同質PVT生長研究”的主題報告，結合具體的數據和結果，詳細分享了同質PVT中的蔓延生長過程、 PVT生長源粉的氧雜質控制、2英寸AlN單晶的研究進展等內容。

 

相比于自發行核、擴徑PVT生長的AlN襯底技術，AlN籽晶上同質PVT生長具有容易獲得大尺寸晶體、生長效率高、成本較低的優勢。為了探索大尺寸AlN單晶的同質PVT生長技術路線，研究開展了AlN籽晶上PVT生長研究，實施了設備熱場的優化設計和控制，獲得了生長速率、生長溫度、總壓強等因素對表面形貌和晶體質量影響規律；在此基礎上，結合有效的Al原子輸運控制方法，實現了直徑超過60mm的AlN晶體，并加工出了直徑為55mm的AlN單晶襯底晶片；研究還進行了源粉AlN顆粒燒結過程的研究，實施了比表面積控制的源粉處理工藝，大幅減少了氧雜質對生長過程影響，晶片中氧雜質含量低達1.5×10¹⁷cm^-3。研究表明，基于AlN籽晶的同質PVT生長是實現2英寸及以上大尺寸AlN單晶襯底可行的技術，具有良好的產業化前景。

 

報告指出，基于AlN籽晶的同質生長過程，呈現柱狀晶生長的三維過程的特點，通過蔓延生長方式，可以實現晶體形貌和質量的優化；通過源粉的顆粒比表面積降低，可以有效減少源粉氧雜質的吸附，進而降低AlN晶體中的氧雜質影響，實現高質量的AlN單晶襯底；同質PVT生長的技術路線，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。

 

 

 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）