8月7日，深圳平湖实验室官微宣布，深圳平湖实验室近日在GaN/SiC集成领域取得突破性进展，在国际上首次研制了商用8英寸4°倾角4H-SiC衬底上的高质量AlGaN/GaN异质结构外延。
据了解，该成果打破了大尺寸GaN与SiC材料单片集成的技术瓶颈，为GaN/SiC混合器件的发展及其产业化进程奠定基础，可批量应用于大尺寸、高质量GaN外延材料的制备，为现有硅基GaN技术路线提供了一种极具竞争力的替代方案。
深圳平湖实验室总结该成果的两大突破性，一方面，缺陷密度显著降低，GaN外延材料中的缺陷密度下降10~15倍,有望从根本上解决GaN器件的可靠性问题、通过10年以上寿命验证；另一方面，散热性能大幅提升，SiC衬底的高热导率将进一步提升GaN器件的功率密度与集成度。
深圳平湖实验室开发的8英寸4°倾角4H-SiC上GaN外延片具有良好的均匀性与平整度。PL测试显示，AlGaN/GaN异质结构势垒层的Al组分不均匀度约为1.2%；厚度不均匀度约为2.2%。对该#外延片 进行平整度测试，得到弯曲度(Bow)仅为＋8.3μm。
图： (a) AlGaN/GaN异质结构势垒层PL测试图谱 (b) 外延厚度测试图谱 (c) 8英寸SiC上GaN外延片翘曲测试，Bow = 8.3 μm
对该外延片进行高分辨X射线衍射测试，4°倾角SiC衬底上GaN外延层的(002)/(102)面摇摆曲线半峰宽分别为290/296 arcsec，估算可得位错密度约为6×108cm-2，与无倾角SiC衬底上GaN外延层的晶体质量相当；相比常规Si衬底上GaN，材料位错密度降低10~15倍。原子力显微镜测试表明，外延层表面粗糙度RMS=1.6 nm(5μm×5μm)。Hall测试表明，AlGaN/GaN异质结构的二维电子气迁移率高达1870 cm2/V·s。 以上各项指标均达到国际领先水平，显示该外延片具有优秀的材料特性。
图： (a) 4°倾角SiC衬底上GaN外延层的XRD (002)/(102)面摇摆曲线 (b) 外延层表面的原子力显微镜照片
这项重大进展将为宽禁带半导体在新能源汽车、消费电子、人工智能等领域的规模化应用提供重要技术支撑。
（集邦化合物半导体整理）
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