8月7日，深圳平湖實(shí)驗(yàn)室官微宣布，深圳平湖實(shí)驗(yàn)室近日在GaN/SiC集成領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，在國際上首次研制了商用8英寸4°傾角4H-SiC襯底上的高質(zhì)量AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)外延。
據(jù)了解，該成果打破了大尺寸GaN與SiC材料單片集成的技術(shù)瓶頸，為GaN/SiC混合器件的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程奠定基礎(chǔ)，可批量應(yīng)用于大尺寸、高質(zhì)量GaN外延材料的制備，為現(xiàn)有硅基GaN技術(shù)路線提供了一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的替代方案。
深圳平湖實(shí)驗(yàn)室總結(jié)該成果的兩大突破性，一方面，缺陷密度顯著降低，GaN外延材料中的缺陷密度下降10~15倍,有望從根本上解決GaN器件的可靠性問題、通過10年以上壽命驗(yàn)證；另一方面，散熱性能大幅提升，SiC襯底的高熱導(dǎo)率將進(jìn)一步提升GaN器件的功率密度與集成度。
深圳平湖實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的8英寸4°傾角4H-SiC上GaN外延片具有良好的均勻性與平整度。PL測(cè)試顯示，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢(shì)壘層的Al組分不均勻度約為1.2%；厚度不均勻度約為2.2%。對(duì)該#外延片 進(jìn)行平整度測(cè)試，得到彎曲度(Bow)僅為＋8.3μm。
圖： (a) AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢(shì)壘層PL測(cè)試圖譜 (b) 外延厚度測(cè)試圖譜 (c) 8英寸SiC上GaN外延片翹曲測(cè)試，Bow = 8.3 μm
對(duì)該外延片進(jìn)行高分辨X射線衍射測(cè)試，4°傾角SiC襯底上GaN外延層的(002)/(102)面搖擺曲線半峰寬分別為290/296 arcsec，估算可得位錯(cuò)密度約為6×108cm-2，與無傾角SiC襯底上GaN外延層的晶體質(zhì)量相當(dāng)；相比常規(guī)Si襯底上GaN，材料位錯(cuò)密度降低10~15倍。原子力顯微鏡測(cè)試表明，外延層表面粗糙度RMS=1.6 nm(5μm×5μm)。Hall測(cè)試表明，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的二維電子氣遷移率高達(dá)1870 cm2/V·s。 以上各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國際領(lǐng)先水平，顯示該外延片具有優(yōu)秀的材料特性。
圖： (a) 4°傾角SiC襯底上GaN外延層的XRD (002)/(102)面搖擺曲線 (b) 外延層表面的原子力顯微鏡照片
這項(xiàng)重大進(jìn)展將為寬禁帶半導(dǎo)體在新能源汽車、消費(fèi)電子、人工智能等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用提供重要技術(shù)支撐。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
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