大尺寸AlN單晶材料製備技術研究

《大尺寸AlN單晶材料製備技術研究》是依託深圳大學，由鄭瑞生擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：大尺寸AlN單晶材料製備技術研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：鄭瑞生
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

氮化鋁（AlN）單晶材料在短波長光電子器件及新型電子器件方面有巨大的套用前景，大尺寸AlN單晶材料製備關鍵技術是當前亟待解決的重大科學問題。本項目在課題組持續八年研究的基礎上，探索在高溫高壓條件下用物理氣相傳輸法製備大尺寸AlN單晶的工藝條件和技術手段，積極最佳化和改進晶體生長設備，通過大量的實驗和理論研究逐步了解AlN單晶的生長規律，掌握製備大尺寸AlN單晶材料的關鍵技術，製備出2英寸以上的AlN單晶。本項目的研究成果將極大地提升我國在Ⅲ族氮化物半導體方面的原始創新能力和整體研究水平，增強我國在這一高新技術領域中的國際競爭力。

結題摘要

氮化鋁（AlN）單晶材料是禁頻寬度高達6.2 eV的直接帶隙半導體材料，是製備紫外和深紫外發光器件及探測器件的最佳材料；AlN單晶材料具有載流子飽和漂移速度高、介電常數小、導熱性能好、擊穿場強高、化學和熱穩定性好等特點，非常適合製作抗輻射、高頻、高溫、大功率和高集成密度的電子器件；AlN單晶材料還具有優異的壓電性能、較高的聲表面波傳播速度和機電耦合係數，是目前所知的聲表面波波速最大的壓電材料，是製作GHz級聲波器件的優選材料；AlN晶體材料的晶格結構、晶格常數以及熱膨脹係數在相當大的範圍內與氮化鎵晶體幾乎完全匹配；使用AlN襯底材料是提高氮化鎵基光電器件光電轉換效率和使用壽命的最有希望的途徑。 AlN晶體具備極為優良的光、電、聲、機械性質，表現出極其廣闊的套用前景和難以估量的巨大經濟效益。製備大尺寸AlN單晶材料成為國際半導體物理學界攻關的熱點。 本項目在國內率先開展了在高壓高溫條件下用物理氣相傳輸法製備大尺寸AlN單晶材料的研究，探索具有自主智慧財產權的AlN單晶材料的製備方法和技術。在國家自然科學基金委員會的大力支持下，我們已經製備出尺寸達到22毫米的AlN單晶材料，接近目前國際最好水平（33毫米），繼美國和德國之後，使我國成為掌握製備大尺寸AlN單晶材料關鍵技術和工藝的國家；我們還掌握了生長C面和M面AlN單晶體的工藝條件，申請了技術專利；我們還根據AlN生長工藝和技術的特點，相繼研發了三代具有專利保護的AlN晶體生長爐，為製備大尺寸AlN單晶體提供了技術和設備支持。 本項目的研究成果突破了國外在大尺寸AlN單晶材料的專利壁壘，發展了具有自主智慧財產權的AlN單晶材料的製備技術，增強了我國在這一高新技術領域中的國際競爭力，促進了我國在AlN晶體材料、深紫外光電器件以及新型電子器件的研究和套用，提升了我國在新一代寬禁帶半導體材料方面的創新能力和研究水平。