中國半導(dǎo)體照明網(wǎng)專稿：近日，科技部第三代半導(dǎo)體材料項目管理辦公室組織專家開展了國家“863計劃”課題的中期現(xiàn)場檢查工作。專家組自9月13日至9月17日奔赴多地，對課題研究進行中期檢查。


一、863計劃在半導(dǎo)體深紫外發(fā)光器件領(lǐng)域取得重要進展

 

　　AlGaN材料是一種重要的直接帶隙、寬能帶半導(dǎo)體材料，是研制紫外、深紫外光電器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。863計劃“高鋁組分氮化物材料制備技術(shù)研究”課題由中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所承擔(dān)，參與單位包括北京大學(xué)、廈門大學(xué)、西安交通大學(xué)和廈門市三安光電科技有限公司。該課題重點開展高質(zhì)量高鋁（Al）組分氮化物材料外延制備關(guān)鍵技術(shù)研究。

　　2015年9月13日，第三代半導(dǎo)體材料項目管理辦公室組織專家開展了課題的中期現(xiàn)場檢查工作。課題組匯報了在AlN和AlGaN材料外延制備、摻雜、高效量子結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)的創(chuàng)新性工作。通過多周期中溫插入層、高低溫調(diào)制、襯底氮化處理及微米級圖形襯底等技術(shù)，降低材料的位錯密度，獲得了表面粗糙度小于0.2納米，Al組分在30-90%連續(xù)可控的AlGaN材料。在高質(zhì)量外延材料的基礎(chǔ)上，課題組成功制備出深紫外激光二極管（LD），在國內(nèi)率先實現(xiàn)波長在280 納米左右的AlGaN基深紫外激光器光泵浦激射，標(biāo)志著我國相關(guān)研究步入國際先進行列。

　　AlGaN基紫外激光器的光泵浦激射：主發(fā)光峰為288納米

 

　　二、863計劃“大尺寸氮化鎵襯底制備與同質(zhì)外延技術(shù)研究”課題取得階段性成果

 

　　2015年9月13日，由北京大學(xué)、中科院蘇州納米所、中科院半導(dǎo)體所、南京大學(xué)、東莞市中鎵半導(dǎo)體、蘇州納維科技共同承擔(dān)的863計劃“大尺寸氮化鎵襯底制備與同質(zhì)外延技術(shù)研究”課題順利通過由科技部第三代半導(dǎo)體材料項目管理辦公室組織的課題中期檢查。課題單位在國內(nèi)首次成功實現(xiàn)了250微米的4英寸GaN自支撐襯底，對提升我國氮化鎵襯底技術(shù)在國際上的地位具有十分重要的意義。

　　圖1.實現(xiàn)分離的自支撐GaN厚膜和藍寶石襯底

 

　　此外，課題組在同質(zhì)外延生長、2英寸GaN自支撐襯底和GaN/Al2O3復(fù)合襯底的產(chǎn)業(yè)化、多片HVPE產(chǎn)業(yè)化設(shè)備的研制等方面均取得了較大進展，同質(zhì)外延生長的GaN薄膜的位錯密度1.3?107cm-2，2英寸GaN自支撐襯底和GaN/Al2O3復(fù)合襯底的產(chǎn)能分別達到500片/年和10000片/年，21片HVPE設(shè)備完成安裝調(diào)試，并已經(jīng)能夠生長出質(zhì)量均勻性良好的15-25微米的GaN/Al2O3復(fù)合襯底。

　　圖2. 21片HVPE設(shè)備及制備的2英寸GaN/Al2O3復(fù)合襯底

 

　　三、蘇州能訊承擔(dān)863計劃課題順利通過科技部中期檢查

 

　　2015年9月14日，由蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司承擔(dān)，北京大學(xué)、中國科學(xué)院半導(dǎo)體所、中山大學(xué)、杭州士蘭微電子有限公司以及盈威力（上海）新能源科技有限公司參加的“十二五”863計劃“大尺寸硅襯底氮化鎵基電力電子材料生長技術(shù)研究”課題順利通過科技部第三代半導(dǎo)體材料項目管理辦公室組織的中期檢查。

　　該課題緊跟國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，在大尺寸（6英寸及以上）Si襯底上制備出平整、無龜裂的高質(zhì)量GaN基高壓外延材料，外延片翹曲小于50um，均勻性好于1%，垂直擊穿電壓超過800V。此外課題組開發(fā)了CMOS兼容工藝，研制成功600V/10A的二極管和三極管等高壓開關(guān)器件；通過探索影響器件性能和可靠性的關(guān)鍵物理機制，對所制作的器件進行應(yīng)用驗證和產(chǎn)品開發(fā)，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換效率>97%的DC-DC升壓變換器。

　　蘇州能訊作為課題承擔(dān)單位，在課題執(zhí)行以來，組織課題參加單位多次開展課題組內(nèi)部研討，學(xué)習(xí)國家科技經(jīng)費管理要求和最新文件，獲得了專家的好評，為課題的順利實施奠定了良好的基礎(chǔ)。

 

　　四、863計劃“6英寸SiC襯底制備及同質(zhì)外延技術(shù)研究”課題順利通過科技部中期現(xiàn)場檢查

 

　　2015年9月14日，由山東天岳先進材料科技有限公司牽頭，中國電子科技集團公司第五十五研究所、山東大學(xué)、西安交通大學(xué)、株洲南車時代電氣股份有限公司共同承擔(dān)的863計劃“6英寸SiC襯底制備及同質(zhì)外延技術(shù)研究”課題順利通過科技部第三代半導(dǎo)體材料項目管理辦公室組織的中期檢查。

　　課題在6英寸SiC單晶生長爐的設(shè)計與制造、6英寸SiC單晶生長和襯底加工、SiC單晶缺陷分析與控制、SiC快速外延、肖特基二極管研制、SiC混合功率模塊設(shè)計等方面取得了一系列進展：完成了6英寸SiC單晶生長爐設(shè)計與制造，并成功生長出n型4H-SiC單晶，加工出6英寸SiC拋光片；4英寸n型SiC微管密度0.3個/cm2，螺位錯密度420個/cm2，XRD搖擺曲線（004）和（102）半峰寬分別為25.7弧秒和22.5弧秒；SiC襯底上同質(zhì)外延材料摻雜濃度不均勻性2.1%，厚度不均勻性1.04%，表面粗糙度0.237 nm；肖特基二極管阻斷電壓高于1200V，反向漏電流0.7 μA，1.7V正向電壓導(dǎo)通電流大于15A，部分關(guān)鍵指標(biāo)已提前完成課題任務(wù)，為整個課題順利驗收奠定基礎(chǔ)。

　　6英寸SiC單晶

　　1200V/15A SiC SBD

 

　　五、大尺寸Si襯底GaN材料生長技術(shù)取得重要進展

 

　　由江西省昌大光電科技有限公司承擔(dān)863計劃“高頻高功率電子器件用大尺寸Si襯底GaN基外延材料生長技術(shù)”課題,通過一年多的努力，取得了階段性的成果，2015年9月15日，順利通過了由第三代半導(dǎo)體材料項目管理辦公室組織的課題中期檢查。

 

　　課題組在降低大尺寸Si襯底上生長GaN薄膜的位錯密度、均勻性和整片外延的翹曲度，提升GaN薄膜質(zhì)量方面取得了系列進展，同時對提高GaN器件性能等面做了系統(tǒng)的工藝探索工作，為最終完成課題任務(wù)指標(biāo)打下了很好的基礎(chǔ)。迄今，該課題8英寸Si襯底上生長的GaN薄膜的厚度為3微米，8英寸外延片的整片翹曲度小于50微米，GaN薄膜位錯密度達到1×108 cm-2，（002）XRD掃描半高寬低于350 arcsec，（102）XRD掃描半高寬低于400 arcsec；所制作的HEMT遷移率達到2200 cm2/Vs，載流子面密度達到9e12/cm2，方塊電阻達到300Ω/sq。

 

　　六、華南理工大學(xué)綠光LED研發(fā)課題通過863計劃中期檢查

 

　　發(fā)展綠光LED及其他光譜LED技術(shù)，對緩解“綠光鴻溝”問題，實現(xiàn)高品質(zhì)全光譜燈具，顯著提升照明產(chǎn)品發(fā)光品質(zhì)具有重要意義。

　　華南理工大學(xué)聯(lián)合中科院半導(dǎo)體所、杭州士蘭明芯等單位，產(chǎn)學(xué)研合作，共同開展高In組分氮化物材料制備技術(shù)研究。課題組在InGaN生長、AlInN三元合金混溶隙研究、半極性InGaN薄膜制備及綠光LED外延生長及數(shù)值模擬等方面取得了一系列進展，探索了反應(yīng)室溫度、壓力、流量等工藝條件對InGaN薄膜的銦組分、面內(nèi)應(yīng)力等參數(shù)的影響，設(shè)計了新型綠光LED結(jié)構(gòu)并數(shù)值計算了綠光LED的內(nèi)量子效率、載流子濃度分布以及自發(fā)輻射復(fù)合速率分布等參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，生長出InGaN材料，并制備出綠光LED器件,為完成課題的任務(wù)指標(biāo)奠定良好的基礎(chǔ)。

 

　　七、863計劃 “大功率GaN電子器件用大尺寸SiC襯底制備及外延技術(shù)研究”課題取得階段性成果

 

　　2015年9月15日，河北同光晶體有限公司承擔(dān)的863計劃“大功率GaN電子器件用大尺寸SiC襯底制備及外延技術(shù)研究”課題順利通過科技部中期檢查。

　　該課題針對直徑4、6英寸SiC單晶生長和加工技術(shù)以及SiC襯底上的高質(zhì)量GaN外延生長開展了研究，并通過制備器件驗證襯底和外延層質(zhì)量，在提高4英寸和6英寸SiC晶體質(zhì)量、降低微管密度、改善表面質(zhì)量、SiC襯底上GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外延生長、以及GaN基HEMT器件研制等方面取得了一系列進展，4英寸導(dǎo)電和半絕緣4H型SiC晶體XRD搖擺曲線半高寬25和30arcsec，微管密度0.25和1.34個cm-2，晶片Warp、Bow、TTV、LTV檢測結(jié)果分別達到15μm、-8μm、3.5μm和1.5μm，表面粗糙度小于0.3nm，晶片加工質(zhì)量接近國際同類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有技術(shù)可以加工出低表面粗糙度、無劃傷、無亞損傷的4英寸4H晶片。已生長出6英寸導(dǎo)電型SiC晶體，并開展晶片加工技術(shù)研發(fā)。GaN外延層位錯密度3x107cm-2，GaN基HEMT器件擊穿電壓700V。為最終完成課題任務(wù)指標(biāo)打下了良好基礎(chǔ)。

　　4英寸4H偏振光觀察無相變反饋6英寸4H導(dǎo)電型晶體

 

　　八、全國產(chǎn)化激光分子束外延設(shè)備（L-MBE）研制成功

 

　　鈣鈦礦氧化物材料作為一種新興的半導(dǎo)體材料，近年來受到人們的廣泛關(guān)注，尤其是高溫超導(dǎo)和巨磁電阻現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，在世界范圍內(nèi)掀起了鈣鈦礦氧化物材料的研究熱潮，在材料方面和相關(guān)理論研究方面，都取得了很大的進展。

 

　　山西春明激光科技有限公司與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、中國科學(xué)院物理研究所共同承擔(dān)了863計劃“鈦酸鍶與鋁酸鑭薄膜制備技術(shù)及器件開發(fā)”課題，課題于2015年9月16日通過了科技部組織的中期現(xiàn)場檢查。

 

　　課題組聯(lián)合攻關(guān)，突破L-MBE設(shè)備用大脈沖能量激光器關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了高能量的紫外脈沖激光器，體積僅為進口激光器的1/3，脈沖穩(wěn)定性和脈沖寬度優(yōu)于進口激光器，并將其成功集成的自主研制的外延腔中，實現(xiàn)了全國產(chǎn)化的激光L-MBE設(shè)備，并初步實現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦氧化物薄膜材料的生長。從根本上打破國內(nèi)寬禁帶半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展依賴于進口設(shè)備的局面，這將會促進我國寬禁帶半導(dǎo)體材料的快速發(fā)展，也是我國寬禁帶半導(dǎo)體材料實現(xiàn)創(chuàng)新跨越發(fā)展的必然趨勢。

　　圖1 自主研發(fā)激光器與進口激光器體積比較

　　圖2 自主研制L-MBE設(shè)備

　　圖3 中期檢查匯報現(xiàn)場

 

　　九、三安光電綠光激光器材料生長技術(shù)863課題順利通過中期檢查

 

　　2015年9月17日，科技部第三代項目管理辦公室組織技術(shù)專家和財務(wù)專家對廈門市三安光電科技有限公司承擔(dān)的863計劃“綠光激光器用高銦組分氮化鎵基外延材料生長技術(shù)”課題進行了中期現(xiàn)場檢查，該課題為新材料領(lǐng)域“第三代半導(dǎo)體材料”重點專項于2014年首批啟動課題，專項經(jīng)費460萬元。

 

　　課題實施以來，課題組在Si襯底上半極性面GaN外延、藍寶石襯底上綠光量子阱外延、高空穴濃度GaN p型層、激光器綠光諧振腔制作等方面取得了一系列的進展，主要成果包括：半極性面GaN外延層位錯密度達到106 cm-2量級，藍寶石襯底上GaN外延層XRD半高寬(002)小于240 arcsec、(102)小于280 arcsec，GaN外延單層空穴濃度達到3.4x1017 cm-3，并獲得了平整的激光器腔面。

 

　　專家組認為該課題總體進展良好，基本按照節(jié)點任務(wù)要求完成了階段性研究目標(biāo)，以上成果的取得也為最終完成課題目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。