IFWS：氮化物衬底材料生长与外延技术论坛召开

以碳化硅、氮化镓等重要的第三代半导体材料，在大功率高频器件中具有重要的应用。材料水平直接决定了器件的性能。对作为新材料的氮化镓材料而言，寻找到更加合适的衬底是发展氮化镓技术的重要目标。氮化物衬底材料的生长与外延非常重要。

2023年2月7-10日，开年盛会，第八届国际第三代半导体论坛（IFWS）第十九届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）于苏州凯宾斯基大酒店胜利召开。

本届论坛是在国家科学技术部高新技术司、国家科学技术部国际合作司、国家工业与信息化部原材料工业司、 国家节能中心、国家新材料产业发展专家咨询委员会、江苏省科学技术厅、苏州市科学技术局、苏州工业园区管理委员会的大力支持下，由第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）、中关村半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）、国家第三代半导体技术创新中心（苏州）联合主办。江苏第三代半导体研究院、苏州市第三代半导体产业创新中心、苏州纳米科技发展有限公司、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司共同承办。论坛还得到了来自国内以及美国、日本、德国、瑞典、英国、意大利、波兰、澳大利亚、新加坡等国家和地区近70家组织机构、近90家行业代表性实力企业的支持。

论坛期间，“氮化物衬底材料生长与外延技术“分论坛如期召开，本届分论坛由江苏省第三代半导体研究院、英诺赛科科技有限公司、安徽亚格盛电子新材料有限公司、江苏南大光电材料股份有限公司、中微半导体设备（上海）股份有限公司协办支持。

美国斯坦福大学电气工程副教授Srabanti CHOWDHURY、苏州纳维科技有限公司总经理王建峰，南京大学教授修向前、中国科学院半导体所研究员赵德刚、北京大学物理学院副教授许福军、安徽亚格盛电子新材料有限公司副总经理俞冬雷、日本国立物质材料研究所独立研究员桑立雯、奥趋光电技术（杭州）有限公司首席执行官吴亮、江苏南大光电材料股份有限公司首席科学家杨敏、北京正通远恒科技有限公司总经理刘兵武、武汉大学工业科学研究院研究员袁超、江苏第三代半导体研究院研发部负责人王国斌等精英专家们带来精彩报告，分享前沿研究成果。

苏州纳维科技有限公司总经理王建峰分享了应用于垂直器件的高电导率GaN 单晶衬底的研究成果，报告指出，位错密度和位错倾角对错切角有很大影响。获得了载流子浓度为1.7×1019cm-3的Si掺杂的独立GaN。将载流子浓度从6.7×1017cm-3提高到1.7×1019cm-3。比接触电阻率从2.42×10-4降至4.45×10-5Ω*cm2

南京大学教授修向前分享了基于HVPE-Ga2O3氮化的GaN衬底技术的研究进展与成果。报告指出，研究了β-Ga2O3薄膜简单高温氮化制备低应力多孔GaN单晶模板的工艺及氮化机理，研究了改进多孔GaN模板晶体质量的方法。研究了切角蓝宝石衬底上外延β-Ga2O3薄膜的规律，切角Δa=7°时实现了高质量β-Ga2O3薄膜的单一畴外延生长；氮化后多孔GaN晶体质量显著提高。研究了多孔GaN模板上无应力HVPE-GaN厚膜的同质外延、厚膜与蓝宝石之间的分离技术。进一步优化工艺，可以用于大尺寸高质量低成本GaN单晶衬底的制备。

紫外光电子器件的应用涉及紫外通信、医疗卫生、工业加工等领域，从紫外光电子器件的基本结构，核心器件需要高质量的氮化铝（AlN）外延层。中国科学院半导体所研究员赵德刚带来了题为“平片蓝宝石衬底上高质量AlN材料MOCVD生长”的报告，报告指出，AlN材料面临着Al原子表面迁移能力低、Al原子预反应严重等难点，报告提出了一种“复合缓冲层（隔离层+成核层）”结构，有效避免了外延过程中氮化的影响，有望缓解应力、降低Al原子迁移能力的要求，解决AlN外延难题，并分享了最新研究进展。研究结果显示，AlN材料是深紫外器件基础，但是其刃位错密度过高是最大难点，AlN的(002)/(102)XRD为172/145arcsec,总位错密度～1.3×108 cm-2。

北京大学物理学院副教授许福军分享了AlGaN基低维量子结构外延和电导率调控研究进展，通过开发AlN的“过饱和空位工程”新方法，获得了（002）/（102）平面的XRC FWHM为59/166弧秒；通过在具有大错切角的蓝宝石衬底上生长n-AlGaN，n-AlGaN的浓度和电导率分别达到2.1×1019cm-3和200S/cm。通过发展“脱附剪裁超薄外延”方法，制备了空穴浓度为8.1×1018cm-3的p-AlGaN单光子晶体。

安徽亚格盛电子新材料有限公司副总经理俞冬雷详细分析了当前应用于先进制程的高纯电子化学品高质量管理需求，指出产品规格的设计和认证必须以符合客户使用条件为第一原则。分析测试是各关键节点的难点，需要定制开发。管控细节非常重要。对原材料拥有自主知识产权和研发生产能力是打破国际垄断的关键一步，芯片制造过程也是精细化工过程材料是关键环节，薄膜沉积是芯片制造的核心工艺环节。报告同时指出，整个前驱体制造工艺控制严格，相对传统化工存在众多特殊管控要求。尤其是在纯化、分析检测、包材处理技术上，存在多项特殊控制点，如颗粒度、电导率以及杂质析出等问题，且此类控制点国外极少披露，对行业潜在进入者形成了较高技术壁垒。

奥趋光电技术（杭州）有限公司首席执行官吴亮分享了PVT法同质外延AlN生长和p型掺杂面临的挑战。报告指出，AlN在深紫外光电子、激光器和传感器器件以及功率器件和快速电声SAW/BAW器件方面具有巨大的潜力。AlN衬底的高成本主要来自晶体生长方面的技术困难，如杂质去除、极高的温度工艺、耗材成本和尺寸放大的迭代生长、低产率等，奥趋光电开发了内部传质/过饱和/生长速率预测/3D应力FEM模块，以及一系列专利技术，以实施第一代/第二代/第三代PVT生长反应器，并生长大于2英寸的高质量AlN晶体。在试生产中推出了基于第三代PVT生长反应器的10mm/10mm*10mm/15mm/20mm/25mm/30mm/50.8mm大块AlN晶片，并在可预见的未来花费大量努力扩大晶体尺寸和产能。

江苏南大光电材料股份有限公司首席科学家杨敏在题为”新型MO源及在第三代半导体中的应用“的报告详细分享了MO源的研发和产业化、MO源的发展方向、新型MO的研发和验证。MO源技术向着液态化的方向发展，比如液态镁、液态铟。未来发展研发新产品，比如有机钪源、有机硼源、低硅低氧铝、有机氮源、有机锗源等。

武汉大学工业科学研究院研究员袁超在“无损表征氮化镓外延热物性的瞬态热反射技术”的报告中，比较了热反射法的原理和各类方法，分享了热反射法的常规应用 (基于金属薄膜)，无损热反射法 (免金属薄膜)。研究结果显示，器件热性能可以通过测试曲线做定性分析，Si衬底热导率虽然比Sapphire好，但是AlGaN热导率太低且厚，导致Si衬底材料散热性能比Sapphire衬底差，可建立器件热模型，将测试数据作为输入参数，预测温度。

北京正通远恒科技有限公司总经理刘兵武做了题为“定量阴极发光CL技术在氮化物半导体中的应用”的报告，分享了阴极发光(CL)原理，以及定量CL设备，研究机台和工业机台。报告指出，非故意掺杂GaN中位错类型的测量中，CL 信号的分析可以对位错类型进行测量，在GaN器件中仅有一些位错类型和漏电流相关，位错类型分布的测量是优化GaN器件的关键。

以氮化镓为代表的III族氮化物，是唯一覆盖可见光到紫外波长范围的半导体发光材料体系。江苏第三代半导体研究院研发部负责人王国斌带来了题为“高性能GaN-on-GaN材料与器件的外延生长”的主题报告，研究院从ABC Model理论出发，以抑制非辐射复合为目标，提出采用GaN单晶衬底生长同质Micro-LED。开发了大电流密度注入下可见光通信应用的外延结构，并对其进行了性能表征。报告指出，氮化镓同质外延的再生长界面处理、均匀性提升和外延结构的生长研究；同质Micro-LED外延材料具有窄波长半宽、小波长偏移和低效率下降的特点；同质芯片在可见光通信应用上显示了较好的发光均匀性、漏电小、开启电压低等特点，有望达到在高通信速率下，兼顾高带宽和高光功率的性能。