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成功產出高質量GaN外延片,首臺聯合研發(fā)國產化MOCVD成功投用

摘要:國家第三代半導體技術創(chuàng)新中心(蘇州)科研人員經過三個多小時實驗,采用與國內半導體設備廠家聯合研發(fā)的首臺國產MOCVD設備,首爐試生長成功產出了高質量GaN外延片

  近日,據江蘇第三代半導體研究院官微消息,在材料生長與裝備平臺的超凈實驗室里,國家第三代半導體技術創(chuàng)新中心(蘇州)科研人員經過三個多小時實驗,采用與國內半導體設備廠家聯合研發(fā)的首臺國產MOCVD設備,首爐試生長成功產出了高質量GaN外延片。生長的GaN外延材料的測試結果:AFM表面Ra<0.5nm,XRD搖擺曲線 (0002)<300arcsec,(10-12)<400arcsec,載流子遷移率>600cm2/V-s。首爐高質量GaN外延片的成功出爐,標志著國創(chuàng)中心(蘇州)的公共研發(fā)平臺在協助產業(yè)界研發(fā)新設備、開發(fā)新技術的支撐服務能力方面,又邁進了堅實的一步,具有重要的里程碑意義!

  圖1 采用聯合研發(fā)國產化MOCVD生長的高質量GaN外延片

  國創(chuàng)中心(蘇州)圍繞第三代半導體核心共性技術,建設開放共享的公共研發(fā)平臺,致力于為產業(yè)鏈提供支撐服務,協助企業(yè)高效研發(fā),促進科技型領軍企業(yè)和中小微企業(yè)的快速成長。建設以來,通過開放創(chuàng)新、合作共贏的網絡化協同模式,與科研院所、高校、企業(yè)緊密合作,不斷補鏈強鏈。在本次首爐生長實驗中,采用的MOCVD設備是國創(chuàng)中心(蘇州)助力企業(yè)研發(fā)的新型國產設備。該臺設備的成功投用(如圖2),也是國創(chuàng)中心(蘇州)開放式建設創(chuàng)新研發(fā)平臺的成功探索實踐。

  圖2 科研人員在操作首臺聯合研發(fā)的MOCVD設備

  該設備進一步提高了腔體的環(huán)境穩(wěn)定性,通過對核心部件的優(yōu)化設計,獲得比傳統商用設備更高的氣流可調性和溫度一致性(圖3所示)??梢詽M足對外延要求更高的氮化物材料與器件(GaN基Micro-LED等)的外延生長和器件開發(fā)。

  圖3 新型MOCVD設備反應腔模擬(a)流場均勻性模擬;(b)量子阱生長階段的溫場模擬

  科研人員在該設備上開展試生長實驗,采用兩步生長技術獲得GaN單晶材料外延層。第一步在襯底上生長低溫緩沖層,第二步對緩沖層進行高溫熱處理,然后進行三維粗化和三維轉二維的合并,最終實現低位錯GaN材料的平坦化生長。生長的外延層厚度控制在約2μm,不進行任何摻雜,同時驗證設備運行的各項性能(如圖4所示)。

  圖4 首爐生長的調試場景和原位監(jiān)控曲線

  生長結束后,取出的GaN外延片光亮如鏡,在顯微鏡下表面平整,缺陷較少。經原子力(AFM)測試,其表面呈現出臺階流形貌,原子臺階清晰可見,粗糙度值Ra為0.33nm(如圖5所示)。

  圖5 首片GaN外延片及其表面形貌圖

  對該外延片進行晶體質量和電學性質的檢測,X射線衍射(XRD)顯示,(0002)晶面的半高寬為290弧秒,(10-12)晶面的半高寬為379弧秒,Hall測試結果顯示該非摻GaN的載流子遷移率為676cm2/V-s(如圖6所示)。

  圖6 晶體質量和電學性質的測試結果

  國創(chuàng)中心(蘇州)的創(chuàng)新平臺將繼續(xù)與科研界、企業(yè)界攜手,密切合作,架接基礎研究到產業(yè)化的橋梁,不斷創(chuàng)新突破,助力企業(yè)高效研發(fā),促進科技成果高質量轉化,推動我國第三代半導體產業(yè)創(chuàng)新可持續(xù)發(fā)展,提升國產半導體裝備和關鍵核心技術的國際競爭力。

內容來自:江蘇第三代半導體研究院
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關鍵字: GaN 外延片 MOCVD
文章標題:成功產出高質量GaN外延片,首臺聯合研發(fā)國產化MOCVD成功投用
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