中國半導體照明網專稿：近日，科技部第三代半導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計劃在半導體深紫外發光器件領域取得重要進展

 

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

　　2015年9月13日，第三代半導體材料項目管理辦公室組織專家開展了課題的中期現場檢查工作。課題組匯報了在AlN和AlGaN材料外延制備、摻雜、高效量子結構設計與實現的創新性工作。通過多周期中溫插入層、高低溫調制、襯底氮化處理及微米級圖形襯底等技術，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%連續可控的AlGaN材料。在高質量外延材料的基礎上，課題組成功制備出深紫外激光二極管（LD），在國內率先實現波長在280 納米左右的AlGaN基深紫外激光器光泵浦激射，標志著我國相關研究步入國際先進行列。

　　AlGaN基紫外激光器的光泵浦激射：主發光峰為288納米

 

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

 

　　2015年9月13日，由北京大學、中科院蘇州納米所、中科院半導體所、南京大學、東莞市中鎵半導體、蘇州納維科技共同承擔的863計劃“大尺寸氮化鎵襯底制備與同質外延技術研究”課題順利通過由科技部第三代半導體材料項目管理辦公室組織的課題中期檢查。課題單位在國內首次成功實現了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在國際上的地位具有十分重要的意義。

　　圖1.實現分離的自支撐GaN厚膜和藍寶石襯底

 

　　此外，課題組在同質外延生長、2英寸GaN自支撐襯底和GaN/Al2O3復合襯底的產業化、多片HVPE產業化設備的研制等方面均取得了較大進展，同質外延生長的GaN薄膜的位錯密度1.3?107cm-2，2英寸GaN自支撐襯底和GaN/Al2O3復合襯底的產能分別達到500片/年和10000片/年，21片HVPE設備完成安裝調試，并已經能夠生長出質量均勻性良好的15-25微米的GaN/Al2O3復合襯底。

　　圖2. 21片HVPE設備及制備的2英寸GaN/Al2O3復合襯底

 

　　三、蘇州能訊承擔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體有限公司承擔，北京大學、中國科學院半導體所、中山大學、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研究”課題順利通過科技部第三代半導體材料項目管理辦公室組織的中期檢查。

　　該課題緊跟國際產業發展方向，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器件；通過探索影響器件性能和可靠性的關鍵物理機制，對所制作的器件進行應用驗證和產品開發，實現了轉換效率>97%的DC-DC升壓變換器。

　　蘇州能訊作為課題承擔單位，在課題執行以來，組織課題參加單位多次開展課題組內部研討，學習國家科技經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。

 

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

 

　　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、西安交通大學、株洲南車時代電氣股份有限公司共同承擔的863計劃“6英寸SiC襯底制備及同質外延技術研究”課題順利通過科技部第三代半導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正向電壓導通電流大于15A，部分關鍵指標已提前完成課題任務，為整個課題順利驗收奠定基礎。

　　6英寸SiC單晶

　　1200V/15A SiC SBD

 

　　五、大尺寸Si襯底GaN材料生長技術取得重要進展

 

　　由江西省昌大光電科技有限公司承擔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”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的工藝探索工作，為最終完成課題任務指標打下了很好的基礎。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、華南理工大學綠光LED研發課題通過863計劃中期檢查

 

　　發展綠光LED及其他光譜LED技術，對緩解“綠光鴻溝”問題，實現高品質全光譜燈具，顯著提升照明產品發光品質具有重要意義。

　　華南理工大學聯合中科院半導體所、杭州士蘭明芯等單位，產學研合作，共同開展高In組分氮化物材料制備技術研究。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外延生長及數值模擬等方面取得了一系列進展，探索了反應室溫度、壓力、流量等工藝條件對InGaN薄膜的銦組分、面內應力等參數的影響，設計了新型綠光LED結構并數值計算了綠光LED的內量子效率、載流子濃度分布以及自發輻射復合速率分布等參數，在此基礎上，生長出InGaN材料，并制備出綠光LED器件,為完成課題的任務指標奠定良好的基礎。

 

　　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以及SiC襯底上的高質量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量，在提高4英寸和6英寸SiC晶體質量、降低微管密度、改善表面質量、SiC襯底上GaN異質結構的外延生長、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，晶片加工質量接近國際同類產品的標準，現有技術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英寸導電型SiC晶體，并開展晶片加工技術研發。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指標打下了良好基礎。

　　4英寸4H偏振光觀察無相變反饋6英寸4H導電型晶體

 

　　八、全國產化激光分子束外延設備（L-MBE）研制成功

 

　　鈣鈦礦氧化物材料作為一種新興的半導體材料，近年來受到人們的廣泛關注，尤其是高溫超導和巨磁電阻現象的發現，在世界范圍內掀起了鈣鈦礦氧化物材料的研究熱潮，在材料方面和相關理論研究方面，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院半導體研究所、中國科學院物理研究所共同承擔了863計劃“鈦酸鍶與鋁酸鑭薄膜制備技術及器件開發”課題，課題于2015年9月16日通過了科技部組織的中期現場檢查。

 

　　課題組聯合攻關，突破L-MBE設備用大脈沖能量激光器關鍵技術，實現了高能量的紫外脈沖激光器，體積僅為進口激光器的1/3，脈沖穩定性和脈沖寬度優于進口激光器，并將其成功集成的自主研制的外延腔中，實現了全國產化的激光L-MBE設備，并初步實現高質量鈣鈦礦氧化物薄膜材料的生長。從根本上打破國內寬禁帶半導體行業發展依賴于進口設備的局面，這將會促進我國寬禁帶半導體材料的快速發展，也是我國寬禁帶半導體材料實現創新跨越發展的必然趨勢。

　　圖1 自主研發激光器與進口激光器體積比較

　　圖2 自主研制L-MBE設備

　　圖3 中期檢查匯報現場

 

　　九、三安光電綠光激光器材料生長技術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專家和財務專家對廈門市三安光電科技有限公司承擔的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”課題進行了中期現場檢查，該課題為新材料領域“第三代半導體材料”重點專項于2014年首批啟動課題，專項經費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，基本按照節點任務要求完成了階段性研究目標，以上成果的取得也為最終完成課題目標奠定了基礎。