基于HVPE的氮化鎵單晶襯底設(shè)備與工藝技術(shù)

第三代半導(dǎo)體，具有寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，被業(yè)內(nèi)譽(yù)為固態(tài)光源、電力電子、微波射頻器件的核心基礎(chǔ)技術(shù)—“核芯”以及光電子和微電子等IT產(chǎn)業(yè)的“新發(fā)動(dòng)機(jī)” 。

光電領(lǐng)域是GaN應(yīng)用最成熟的領(lǐng)域，包括顯示、背光、照明等，以GaN為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)是21世紀(jì)初最成功的技術(shù)革命之一。GaN功率器件具備高開(kāi)關(guān)頻率、耐高溫、低損耗等優(yōu)勢(shì)，主要用于消費(fèi)電子充電器、新能源充電樁、數(shù)據(jù)中心、衛(wèi)星通訊、5G宏基站、微波雷達(dá)和預(yù)警探測(cè)等領(lǐng)域。

近日，第九屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第二十屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）在廈門(mén)國(guó)際會(huì)議中心召開(kāi)。期間，“氮化物襯底、外延生長(zhǎng)及其相關(guān)設(shè)備技術(shù)分會(huì)“上，南京大學(xué)修向前教授做了“基于HVPE的氮化鎵單晶襯底設(shè)備與工藝技術(shù)”的主題報(bào)告，分享了氮化鎵單晶襯底制備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研究進(jìn)展。

高質(zhì)量單晶襯底可以為高性能器件提供晶格匹配和優(yōu)良的熱傳輸特性，GaN同質(zhì)外延相比異質(zhì)外延具有更好的優(yōu)勢(shì)，除了高性能以外還可以簡(jiǎn)化垂直型結(jié)構(gòu)器件的制備工藝流程等。缺乏高質(zhì)量GaN襯底是制約高性能GaN器件應(yīng)用發(fā)展的瓶頸。

當(dāng)前，HVPE設(shè)備一直未實(shí)現(xiàn)商品化，涉及生長(zhǎng)窗口窄可重復(fù)性差，異質(zhì)外延成核困難；預(yù)反應(yīng)/寄生反應(yīng)、空間反應(yīng)等嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)速率不穩(wěn)定；歧化反應(yīng)，石英反應(yīng)室管壁沉積嚴(yán)重，大量反應(yīng)副產(chǎn)物氯化銨粉末。設(shè)備技術(shù)與生長(zhǎng)工藝高度結(jié)合。

報(bào)告中介紹了大尺寸HVPE設(shè)備模擬與仿真、HVPE-GaN襯底材料技術(shù)、HVPE-GaN單晶襯底技術(shù)、HVPE-GaN襯底設(shè)備與材料技術(shù)、GaN單晶襯底剝離技術(shù)等研究進(jìn)展。大尺寸HVPE設(shè)備模擬與仿真，采用有限元法對(duì)6英寸HVPE反應(yīng)室內(nèi)氣體的輸運(yùn)現(xiàn)象進(jìn)行模擬，以獲得最佳的工藝參數(shù)以同時(shí)滿足高生長(zhǎng)速率和高均勻性的薄膜生長(zhǎng)需求。大尺寸通用型HVPE國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，高生長(zhǎng)速率（>100μm/h）、高厚度均勻性（>95%）、自主成核、鎵源高利用率且長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供應(yīng)、長(zhǎng)壽命反應(yīng)室、通用性強(qiáng)（GaN/Ga2O3 外延且互為襯底外延）。

報(bào)告指出，如何提高GaN襯底尺寸、成品率和產(chǎn)量從而降低襯底價(jià)格是主要難點(diǎn)。

審核編輯：劉清