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。

氮化铝(AlN)是新一代超宽禁带半导体高端材料，具有其他宽禁带半导体材料如SiC、GaN等所无法比拟的优势，如超大禁带宽度(高达6.2 eV)、高热导率、高击穿场强、高热稳定性，以及良好的深紫外透过率等卓越的性能优势。但由于其生长条件苛刻，制备难度远大于SiC、GaN等。全球研发团队长期以来一直难以在AlN晶圆尺寸方面取得突破，此前全球仅两家美国企业可小批量生产2英寸AlN单晶衬底，产量极其有限，且由于该材料的特性、制备难度和在国防军工等领域的关键用途，任意尺寸的AlN单晶衬底均长期对华禁运。

奥趋光电是全球领先的AlN/AlScN材料制造商及综合解决方案服务商，长期专注于超宽禁带半导体AlN晶圆衬底材料及其核心装备——全自动氮化铝PVT气相沉积炉的研发与制造，以及大尺寸高质量满足多领域工业化应用需要的AlN晶圆衬底产品的批量制备，不断推进大尺寸AlN单晶衬底产品制备工艺的优化、固化和全自动化制造设备的迭代。小尺寸的AlN单晶虽已在器件研发中开始逐步使用，但有限的晶圆尺寸和产量无法满足相关领域大规模产线制造的需要，成为制约AlN单晶衬底规模化应用的主要瓶颈之一。此次φ50.8 mm(2英寸)高质量氮化铝单晶锭(见图1)及衬底产品在奥趋光电的小批量量产，使中国成为继美国之后第二个具备2英寸AlN单晶衬底小批量制造能力的国家，打破了欧美国家长期对华技术封锁和产品禁运。

图1 奥趋光电生长的最大超2英寸高质量氮化铝单晶锭

图2 奥趋光电2英寸氮化铝单晶衬底表征结果

氮化铝单晶分为N极性晶体及Al极性晶体，其中N极性晶体存在深紫外透光性等方面的固有缺陷。为制备高质量的AlN单晶衬底，奥趋光电采用了Al极性晶体的工艺技术路线，但Al极性晶体的生长难度较N极性晶体更大，甚至一度被认为无法生长，此前已被欧美绝大部分研究团队放弃。据奥趋光电CTO王琦琨博士介绍，奥趋光电在初期工艺选择中就采用了生长Al极性AlN晶体的技术路线，并在世界上首次成功开发了大尺寸AlN单晶生长自动化设备及其配套专利工艺，其中设备、热场及工艺已经过多轮迭代，并开创性地开发、固化了独有的热场、工艺及坩埚系统，有效地解决了钨系统下Al极性单晶生长过程中坩埚内的物质传输、生长速率控制、过饱和度分布及寄生形核等技术难题，从而制备出了具有高结晶质量、低位错密度及世界领先深紫外透光性的大尺寸Al极性AlN晶体。奥趋光电制备的AlN单晶衬底经权威第三方检测，关键参数处于世界领先水平，其中本次发布的φ50.8 mm(2英寸)AlN单晶衬底产品XRD摇摆曲线002半高宽最低至87″，102半高宽最低至45″，位错密度在1.0×105～5.0×106cm-2之间(中部质量较高)，深紫外波段265 nm吸收系数最低至24 cm-1。