阿里云【AI24小时】2024年4月17日
06-17
傲势光电傲势光电近期成功实现氮化铝（AlN）晶体从2英寸到3英寸的迭代生长（（见图1） ），制备了直径为76毫米的铝极性AlN单晶锭和3英寸衬底样品（见图2），该3英寸AlN单晶锭和衬底样品的成功制备被认为是一个重要的里程碑。
4英寸AlN单晶材料的商业化之路已经发展了近50年，但由于生长AlN晶体的技术难度高、研发成本高，目前其发展进程十分缓慢。
目前，全球可商业化的AlN单晶衬底直径仅为2英寸，不仅供应周期长，而且供应量也十分有限，十几年来，欧洲和美国对AlN单晶的供应有限。
任何尺寸的水晶基板发往中国。
禁运的实施，严重制约了我国AlN单晶材料技术的发展及其在大功率/高压/高频/高温电力电子器件、射频等多个领域的商业化发展通信器件、深紫外光电子器件、以及在国防军工中的重点应用。
图1 奥春光电制备的2英寸AlN单晶锭（左）和3英寸AlN单晶锭（右）。
图2 奥春光电制备的3英寸AlN单晶衬底样品。
氮化铝（AlN）是一种极具战略意义的新一代超宽带隙半导体材料，具有超宽带隙（6.2 eV）、高热导率（W/（m?K））、高击穿场强（15.4 MV） /cm），以及较高的热稳定性和良好的紫外透过率等优异性能（见图3），是大功率、高频和高压器件的理想衬底材料（见图4），也是紫外光电子器件的最佳衬底材料。
康奈尔大学的报告指出，AlN基功率器件的综合性能具有其他宽禁带半导体材料无可比拟的优势和效率，被认为是下一代功率器件材料平台；由于AlN的耐压能力约为SiC的5倍、GaN的3倍、金刚石的1.5倍。
日本NTT公司2016年首次采用优质AlN单晶衬底，制备出全球首个耐压V、耐温高达℃的新一代晶体管，并表示有望提高功率器件功率损耗已降低至Si的5%以下、SiC的35%以下、GaN的50%以下；近日，诺贝尔奖得主天野浩教授团队首次基于AlN单晶衬底实现了室温连续波深紫外激光输出。
。
这些突破性成果为未来基于AlN单晶衬底的技术的广泛工业应用奠定了坚实的基础。
图3：各种半导体材料性能对比 图4：各种半导体材料功率器件应用领域对比 奥初光电拥有完全自主知识产权的全自动晶体生长设备，以及热场设计和有限元仿真软件开发及其他技术能力。
3英寸AlN单晶及其衬底样品的成功制备完全是基于奥春光电第三代全自动氮化铝单晶生长炉（设备型号：UTI-PVT-DH，见图5），在50- 90 它是在kPa的高纯度氮气气氛（99.%）下通过同质外延物理气相传输（PVT）迭代生长技术实现的。
其中，PVT晶体生长设备、晶体生长热场、晶体生长工艺等的设计和优化均采用了奥初光电自主研发的一系列先进的有限元模拟工具，如多个质量流模拟模块、杂质传输等模拟模块。
、生长速率预测模拟模块、过饱和度模拟模块、三维各向同性应力模拟模块等。
在直径从2英寸扩大到3英寸的过程中，通过生长室的优化设计和不同温度分布的精确控制工艺截面、生长前沿的径向温度梯度、生长室内的材料传输和过饱和度，我们最终获得了无寄生形核、无裂纹、直径为 76 mm 的 AlN 单晶锭，平均生长速率为 μm/ H。
晶体的初始膨胀角最大为45-65°，然后逐渐减小至10-20°。
在扩径的迭代生长过程中，铸锭的形状逐渐从2英寸六角形铸锭变为轴对称圆锥形铸锭，并具有其自然习性的棱系列面{10-10}和R系列面{10-当铸锭直径超过约70mm后，1n}逐渐消失。
图5.傲视光电自主研发的UTI-PVT-DH全自动AlN单晶气相沉积炉。
傲势光电对化学机械抛光（CMP）后的2-3英寸AlN基板进行了高分辨率X射线衍射（HRXRD）。
表征摇摆曲线（见图6）和深紫外吸收系数（见图7）。
3英寸基板的()和(10-12)HRXRD摇摆曲线的半高宽分别为arcsec和arcsec，表明结晶质量较高。
然而，随着基板直径的增加，半高宽增加，表明质量受到轻微影响。
初步判断，晶体扩径过程中生长界面径向温度梯度逐渐增大，导致各种缺陷（小角晶界、贯通型位错、基面位错、堆垛层错等）的产生和扩散。
）。
图7显示了用紫外-可见分光光度计测量的3英寸样品在纳米范围内的吸收系数。
基板中心和边缘位置的结果非常接近，表明透光均匀性良好。
在深紫外波段（nm），基材的吸收系数低至18-26 cm-1，表现出优异的深紫外透过率。
图6 3英寸AlN衬底HRXRD摇摆曲线：(A)()对称反射和(B)(10-12)非对称反射 图7 3英寸AlN衬底吸收系数谱 该工作已获国家重点研发国家自然科学基金项目（批准号：YFB）、国家自然科学基金项目（批准号： 、 、 、 ）和浙江省重点研发计划（批准号：C5）。
2017年，奥智光电发布了新一代超宽带隙半导体高端材料——高品质氮化铝单晶衬底系列产品，并实现了2英寸（Φ50.8mm）各种尺寸的氮化铝单晶衬底。
及以下。
预计年底小批量生产并公开销售。
预计2020年将推出3-4英寸产品进行外测。
关于傲智光电：傲智光电是一家高科技、创新型企业，成立于2018年5月，由海归博士和顶尖技术专家团队领衔。
半导体领域。
总部位于浙江省杭州市。
奥初光电专注于第三代/第四代超宽禁带半导体氮化铝晶圆基板材料、蓝宝石基/硅基/碳化硅基氮化铝/氮化铝钪薄膜模板、全自动氮气研发、制造和铝PVT气相沉积炉及相关产品的销售。
核心产品列入《中国制造》重点战略新材料和装备目录，分别为深紫外LED芯片制备、5G射频前端滤波器、MEMS压电传感器等。
是各类紫外发光器件、高温/高频射频器件、高频/高功率电子和激光器件的理想衬底/压电材料。
经过多年的密集研发投入，奥特光电已成功研发出全球最大直径60mm的氮化铝单晶及晶圆。
也是全球第一家量产蓝宝石基氮化铝薄膜模板的制造商。
目前可为客户提供2英寸及以下高品质氮化铝单晶基板、2/4/6英寸蓝宝石基/硅基/碳化硅基氮化铝、铝钪氮化铝薄膜模板、铝并为客户和合作伙伴提供从设备设计、热场设计、热场模拟技术开发、咨询和生长工艺优化到晶圆制造工艺的完整工艺解决方案和服务。
专业技术服务。
截至今年11月，已申请/授权国际国内专利50余项。
是全球该领域拥有专利数量最多的团队之一，被公认为该领域的全球技术领导者。
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