| 成果名称： |
4-6英寸GaN基衬底产业化与同质外延关键技术研究 |
| 完成单位： |
东莞市中镓半导体科技有限公司,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,深圳清华大学研究院,广东省半导体产业技术研究院,北京大学东莞光电研究院,东莞市中图半导体科技有限公司 |
| 研究人员： |
吴洁君,徐科,张康,何进密,任俊杰,刘丹丹,陈润,邓广柱,朱定正,刘宗亮,张育民,潘国顺,邹春莉,徐莉,赵维,廖乾光,李成明,王琦,徐忱文,刘南柳,张能,陆前军,张屿,贺龙飞,何晨光,刘云洲,廖乾光,吴华龙,王建峰,徐俞,罗桂海,周艳,罗海梅,陈高攀 |
| 介绍： |
本项目“4-6英寸GaN基衬底产业化与同质外延关键技术研究”（项目编号：2017B010112001）来源于广东省科学技术厅的科技计划项目，经费实际投入额为省级投入295.65万元，自有资金1467.01万元。GaN在制备高功率LED/LD、新型照明光源以及高频高温微波探测等高端GaN基光/微电子器件领域具有广阔的市场前景，本项目主要采用新型反应室＋自分离＋激光剥离相结合，突破6英寸技术瓶颈实现6英寸GaN衬底制备，实现4英寸GaN衬底的批量生产；探索同质外延光电和电子器件新结构新工艺，实现GaN同质衬底的应用：研究开发其他新型模板，包括低应力GaN/金属衬底和4-6寸图形化蓝宝石衬底；发展新型单晶生长技术，实现极低位错GaN体单晶材料制备。4-6英寸大尺寸GaN衬底材料制备技术的成功掌握，以及同质外延关键技术的有效突破，奠定了GaN基器件发展及其应用的关键基础。
本项目解决的关键问题及技术路线
1、HVPE法制备4英寸GaN自支撑衬底产业化关键技术研究
通过对HVPE法制备4英寸GaN 自支撑衬底产业化关键技术问题，包括位错与内应力调控、衬底曲率与裂纹控制、厚膜分离技术、以及表面研磨抛光技术等的研究，解决了批量化生产的重复性和稳定性问题，实现了4英寸GaN自支撑衬底的批量化生产。
2、大尺寸6英寸GaN单晶衬底关键技术研究
结合Fluent模拟计算结果与实验技术，设计了新型结构的6 英寸HVPE设备反应器，解决了大尺寸晶片的应力、开裂以及翘曲问题，制备出了6 英寸GaN 单晶衬底。
3、GaN衬底同质外延光电和电子器件的关键技术研究
研究了GaN衬底上同质外延表面和界面的缺陷和应变调控规律，探索了同质外延高性能、高可靠性 GaN 基光电器件和电子器件的新结构和新工艺。
4、新型GaN/金属模板衬底研究
研究了表面改性、衬底转移、应力控制和出光结构设计技术，突破了高温键合与激光剥离等关键工艺，实现了低缺陷密度、小残余应力的GaN/金属模板衬底的制备。
5、新型高质量GaN单晶材料生长方法研究
利用新研制的多层高温高压反应釜，采用静密封结构，新型流体动力学流场，运用平面坩埚外壁下的生长工艺，研究了新型助溶剂材料，发展出了新型高质量GaN 单晶材料生长方法。
6、GaN单晶衬底用图形化蓝宝石衬底研究
采用步进式光刻技术，开发出了适用于GaN单晶衬底生长用的图形化蓝宝石衬底。
创新点：
1: 4英寸低位错密度GaN单晶调控技术。
其技术难点在于3D生长模式的调控，在较高晶体质怔下位错拐弯后合拢而湮没的几率调控与觅复稳定性，大尺寸厚膜分离过程中的应力演变与完整分离。 我们通过生长模型模拟位错的产生、输运与湮没过程，结合GaN各晶而的生长习性，进行生长区热流场耦合调控，实现GaN单晶生长的位错抑制；通过研究掺杂体与GaN的结合能，选择优化掺杂元素，同时调控掺杂元素在GaN表面的输运长度，实现掺杂元素的均匀性分布；通过研究激光辐射与GaN单晶材料分离过程中的应力演变，掌握4英寸GaN单晶衬底的LLO技术，实现大尺寸高效完整分离技术。
2: GaN单晶衬底的表面抛光与同质外延技术。
难点在于大尺寸衬底的厚度均匀性调控、亚表面形变与表面杂质原子的阻隔及去吸附。我们通过研究磨盘、磨料与GaN材料间的摩擦动力学规律，抑制因摩擦生热产生的局域形变而导致的衬底TTV变化，通过研究滚动摩擦与滑动摩擦下GaN材料的品格扭曲演变过程，掌握GaN单晶表面抛光基本机理，调控化学催化与机械磨削的平衡，实现原子级抛光表面；通过GaN 表面化学预处理与高温原位表面处理，开发MOVCD稳态调控技术，实现高效同质外延。
本项目的完成，4-6英寸GaN单晶衬底制备技术的成功攻克，使我国在第三代半导体产业的关键材料领域的国际地位有一定提升；大尺寸衬底的应用有效降低单个芯片的制备成本，提高GaN基器件的市场接受度，进而促进半导体产业的发展；同时，高质量的GaN单晶衬底的获得，奠定了GaN基电子功率器件性能突破性发展的基础，加速高频高效率高功率的实现越发贴合现代电子体积更小速度更快的需求。而新型GaN模板的制备成功，较大程度降低GaN器件的应用成本，逐步拓展新材料的应用领域与市场份额，一定程度上促进半导体领域
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| 登记号： |
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| 登记日期： |
2024/12/19 |
| 研究起止时间： |
2017-04-01至2020-09-30 |
| 成果应用行业： |
制造业 |
| 高新科技领域： |
电子信息 |
| 学科分类： |
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| 鉴定单位： |
广东省科学技术厅 |
| 评价日期： |
2021/7/9 |
| 登记办理状态： |
公示中 |
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