近日，我国在电子元器件行业取得了重大突破。松山湖材料实验室第三代半导体团队与西安电子科技大学郝跃院士课题组张进成教授、李祥东教授团队，以及广东致能科技有限公司联合攻关，成功基于2~6英寸AlN单晶复合衬底制备了高性能GaN HEMTs晶圆。这一成果得益于AlN单晶复合衬底的显著材料优势，其位错密度低至2×10^8 cm^-2，使得AlGaN缓冲层厚度降至350 nm，大幅降低了外延成本并有效控制了晶圆翘曲。
在研究过程中，团队发现AlN单晶复合衬底表面存在的Si、O杂质会导致寄生漏电通道，影响HEMTs器件的正常关断。为了解决这一问题，团队创新性地提出了二次生长AlN埋层方法来覆盖杂质层，使其在超宽禁带材料中无法离化，从而显著抑制漏电。实验结果表明，采用这种无掺杂超薄AlGaN缓冲层的横向击穿电压能够轻松突破10 kV，HEMTs器件关态耐压超过8 kV，动态电流崩塌小于20%，阈值电压漂移小于10%，并已初步通过可靠性估。
成果已发表在器件领域顶刊IEEE TED（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573和ISPSD（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573）上，。这一突破对于我国在大尺寸新型衬底制备与应用方向具有重要意义，为第三代半导体技术的发展提供了强有力的支持。
图：基于6英寸AlN单晶复合衬底制造的GaN晶圆，转移特性曲线，动态输出特性曲线和动态转移特性曲线
