奧趨光電實(shí)現(xiàn)2英寸氮化鋁單晶襯底小批量量產(chǎn)

奧趨光電技術(shù)(杭州)有限公司(以下簡稱“奧趨光電”)日前發(fā)布了重磅產(chǎn)品——2英寸(φ50.8 mm)高質(zhì)量氮化鋁單晶襯底，并正式啟動(dòng)小批量量產(chǎn)。隨著2英寸氮化鋁單晶襯底的小批量量產(chǎn)，高功率深紫外LED、紫外LD、紫外探測(cè)器、紫外預(yù)警及高功率、高頻、高溫電子器件等領(lǐng)域迎來了其最佳襯底材料及解決方案。

氮化鋁(AlN)是新一代超寬禁帶半導(dǎo)體高端材料，具有其他寬禁帶半導(dǎo)體材料如SiC、GaN等所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，如超大禁帶寬度(高達(dá)6.2 eV)、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高熱穩(wěn)定性，以及良好的深紫外透過率等卓越的性能優(yōu)勢(shì)。但由于其生長條件苛刻，制備難度遠(yuǎn)大于SiC、GaN等。全球研發(fā)團(tuán)隊(duì)長期以來一直難以在AlN晶圓尺寸方面取得突破，此前全球僅兩家美國企業(yè)可小批量生產(chǎn)2英寸AlN單晶襯底，產(chǎn)量極其有限，且由于該材料的特性、制備難度和在國防軍工等領(lǐng)域的關(guān)鍵用途，任意尺寸的AlN單晶襯底均長期對(duì)華禁運(yùn)。

奧趨光電是全球領(lǐng)先的AlN/AlScN材料制造商及綜合解決方案服務(wù)商，長期專注于超寬禁帶半導(dǎo)體AlN晶圓襯底材料及其核心裝備——全自動(dòng)氮化鋁PVT氣相沉積爐的研發(fā)與制造，以及大尺寸高質(zhì)量滿足多領(lǐng)域工業(yè)化應(yīng)用需要的AlN晶圓襯底產(chǎn)品的批量制備，不斷推進(jìn)大尺寸AlN單晶襯底產(chǎn)品制備工藝的優(yōu)化、固化和全自動(dòng)化制造設(shè)備的迭代。小尺寸的AlN單晶雖已在器件研發(fā)中開始逐步使用，但有限的晶圓尺寸和產(chǎn)量無法滿足相關(guān)領(lǐng)域大規(guī)模產(chǎn)線制造的需要，成為制約AlN單晶襯底規(guī)模化應(yīng)用的主要瓶頸之一。此次φ50.8 mm(2英寸)高質(zhì)量氮化鋁單晶錠(見圖1)及襯底產(chǎn)品在奧趨光電的小批量量產(chǎn)，使中國成為繼美國之后第二個(gè)具備2英寸AlN單晶襯底小批量制造能力的國家，打破了歐美國家長期對(duì)華技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)。

圖1 奧趨光電生長的最大超2英寸高質(zhì)量氮化鋁單晶錠

圖2 奧趨光電2英寸氮化鋁單晶襯底表征結(jié)果

氮化鋁單晶分為N極性晶體及Al極性晶體，其中N極性晶體存在深紫外透光性等方面的固有缺陷。為制備高質(zhì)量的AlN單晶襯底，奧趨光電采用了Al極性晶體的工藝技術(shù)路線，但Al極性晶體的生長難度較N極性晶體更大，甚至一度被認(rèn)為無法生長，此前已被歐美絕大部分研究團(tuán)隊(duì)放棄。據(jù)奧趨光電CTO王琦琨博士介紹，奧趨光電在初期工藝選擇中就采用了生長Al極性AlN晶體的技術(shù)路線，并在世界上首次成功開發(fā)了大尺寸AlN單晶生長自動(dòng)化設(shè)備及其配套專利工藝，其中設(shè)備、熱場及工藝已經(jīng)過多輪迭代，并開創(chuàng)性地開發(fā)、固化了獨(dú)有的熱場、工藝及坩堝系統(tǒng)，有效地解決了鎢系統(tǒng)下Al極性單晶生長過程中坩堝內(nèi)的物質(zhì)傳輸、生長速率控制、過飽和度分布及寄生形核等技術(shù)難題，從而制備出了具有高結(jié)晶質(zhì)量、低位錯(cuò)密度及世界領(lǐng)先深紫外透光性的大尺寸Al極性AlN晶體。奧趨光電制備的AlN單晶襯底經(jīng)權(quán)威第三方檢測(cè)，關(guān)鍵參數(shù)處于世界領(lǐng)先水平，其中本次發(fā)布的φ50.8 mm(2英寸)AlN單晶襯底產(chǎn)品XRD搖擺曲線002半高寬最低至87″，102半高寬最低至45″，位錯(cuò)密度在1.0×105～5.0×106cm-2之間(中部質(zhì)量較高)，深紫外波段265 nm吸收系數(shù)最低至24 cm-1。