氮化鋁(AlN)作為典型的超寬禁帶半導體材料之一，具有寬帶隙(6.2 eV)、高臨界擊穿場強、高熱導率等優(yōu)異性質(zhì)，與其他寬禁帶半導體材料如SiC、GaN等相比有著無法比擬的優(yōu)勢，在高溫、高頻、高功率等器件上有著廣泛的應用前景。近50年來，眾多研究機構和企業(yè)在AlN單晶襯底領域付出了不懈的努力，目前，2英寸AlN襯底已實現(xiàn)商業(yè)化。然而，深紫外光電器件和超寬禁帶半導體電子技術的快速商業(yè)化急需4英寸AlN襯底，因此擴展AlN襯底直徑至4英寸甚至更大至關重要。

近期，奧趨光電技術(杭州)有限公司(簡稱“奧趨光電”)成功實現(xiàn)了AlN晶體從2英寸到3英寸的迭代擴徑生長，制備出了直徑達76 mm的鋁極性AlN單晶錠及直徑75 mm(約3英寸)襯底樣片(見圖1)。該晶體的生長基于奧趨光電第三代全自動AlN單晶生長爐(型號：UTI-PVT-D075H)，在50～90 kPa的高純度氮氣下通過同質(zhì)外延物理氣相傳輸法(PVT)迭代生長技術實現(xiàn)。熱場與工藝設計完全由FEMAG仿真軟件和自主研發(fā)的有限元仿真模塊完成。長晶速率在100～300 μm/h可控，晶體初期擴張角達到45°～65°。經(jīng)第三方檢測，3英寸襯底樣片的HRXRD對稱和非對稱搖擺曲線半峰全寬分別為176″和109″，深紫外波段(240～280 nm)的吸收系數(shù)低至18～26 cm-1，表現(xiàn)出高質(zhì)量且優(yōu)異的深紫外透光性。此次3英寸AlN襯底的成功制備被認為是4英寸AlN商業(yè)化之路上的一重要里程碑。

圖1 (a)φ51 mm AlN單晶錠；(b)φ76 mm AlN單晶錠及其(c)φ75 mm AlN拋光襯底樣片

相關研究成果近期發(fā)表在FrontiersMaterials(DOI: 10.3389/fmats.2022.1128468)上。近年來，奧趨光電研發(fā)部在AlN單晶制備技術與襯底加工工藝的研發(fā)上做了大量投入，成功從小尺寸(10～15 mm)單晶快速發(fā)展至2英寸小批量生產(chǎn)，再到制備出3英寸研究樣片，預計在今年(2023年)開發(fā)出3～4英寸單晶襯底并可對外試樣。