成功產出高質量GaN外延片，首臺聯合研發國產化MOCVD成功投用

  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，標志著國創中心(蘇州)的公共研發平臺在協助產業界研發新設備、開發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 采用聯合研發國產化MOCVD生長的高質量GaN外延片

  國創中心(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平臺，致力于為產業鏈提供支撐服務，協助企業高效研發，促進科技型領軍企業和中小微企業的快速成長。建設以來，通過開放創新、合作共贏的網絡化協同模式，與科研院所、高校、企業緊密合作，不斷補鏈強鏈。在本次首爐生長實驗中，采用的MOCVD設備是國創中心(蘇州)助力企業研發的新型國產設備。該臺設備的成功投用(如圖2)，也是國創中心(蘇州)開放式建設創新研發平臺的成功探索實踐。

  圖2 科研人員在操作首臺聯合研發的MOCVD設備

  該設備進一步提高了腔體的環境穩定性，通過對核心部件的優化設計，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。

  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

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