近日，松山湖材料實驗室第三代半導體團隊與西安電子科技大學郝躍院士課題組張進成教授、李祥東教授團隊，以及廣東致能科技有限公司聯合攻關，成功基于2~6英寸AlN單晶復合襯底制備了高性能GaN HEMTs晶圓。得益于AlN單晶復合襯底的材料優勢 (位錯密度居于2×108?cm-2數量級)，AlGaN緩沖層厚度降至350 nm，外延成本大幅下降，且有效控制晶圓翹曲。這是我國在大尺寸新型襯底制備與應用方向取得的又一重大突破。
研究發現，AlN單晶復合襯底表面存在的Si、O雜質會造成寄生漏電通道，使得HEMTs器件無法正常關斷。團隊據此創新提出二次生長AlN埋層方法覆蓋雜質層，使其在超寬禁帶材料中無法離化，從而顯著抑制漏電。實驗結果顯示，團隊所提出的350 nm無摻雜超薄AlGaN緩沖層的橫向擊穿電壓輕松突破10 kV，HEMTs器件關態耐壓超8 kV，動態電流崩塌＜20%，閾值電壓漂移＜10%，初步通過可靠性評估。
部分成果發表在器件領域頂刊IEEE TED（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573）以及ISPSD（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573）。
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圖：基于6英寸AlN單晶復合襯底制造的GaN晶圓，轉移特性曲線，動態輸出特性曲線和動態轉移特性曲線
第三代半導體團隊孵化于北京大學王新強教授團隊，目前致力于氮化鋁單晶復合襯底的研發、中試生產與應用，團隊已成功實現2~8英寸氮化鋁單晶復合襯底，位錯密度居于108 cm-2數量級，表面粗糙度<1 nm，且針對性開發出應力調控方案；產品均勻性優異并成功實現其在紫外LED、功率電子器件與高頻MEMS器件的應用驗證。
廣州第三代半導體創新中心是廣州開發區管理委員會與西安電子科技大學共建的重大產業創新平臺。聚焦大尺寸氮化鎵材料外延生長、氮化鎵微波毫米波器件與集成電路、氮化鎵電力電子器件與集成電路等技術領域，建設高標準的研發代工公共服務平臺和產業支撐體系，建設中試線，進行工程化技術開發，積極進行科技成果轉化，孵化初創企業，促進第三代半導體上下游相關產業公司和人才在廣州開發區聚集，協助推進第三代半導體產業鏈在廣州開發區落地。
廣東致能科技有限公司成立于2018年12月，公司總部位于廣州，在徐州、深圳、上海等地設有生產研發基地和市場銷售中心。公司致力于氮化鎵功率半導體器件的研發與生產，已建成外延、器件、封裝、系統的全鏈條研發及生產能力。公司在常開型、常關型、垂直溝道氮化鎵功率器件等方面擁有多項獨特技術發明，具有完全自主知識產權。公司產品創新性強、可靠性高、應用廣泛，具有非常強的市場競爭力。
公司采用垂直整合制造模式（IDM），包括氮化鎵外延材料生長、芯片制造、芯片封裝和測試的完整生產流程。公司已量產的第一代氮化鎵功率器件產品在生產良率、工藝水平、系統效率及可靠性試驗等方面已做到業內領先，產品在手機快充、電源適配器、照明驅動、通信電源、儲能電源等領域廣泛應用。
原文始發于微信公眾號（松山湖材料實驗室）：我國實現6英寸AlN單晶復合襯底和晶圓制造全流程突破
