近日，科技部第三代半导体材料项目管理办公室组织专家开展了国家“863计划”课题的中期现场检查工作。专家组自9月13日至9月17日奔赴多地，对课题研究进行中期检查。

一、863计划在半导体深紫外发光器件领域取得重要进展

 

　　AlGaN材料是一种重要的直接带隙、宽能带半导体材料，是研制紫外、深紫外光电器件的关键基础材料。863计划“高铝组分氮化物材料制备技术研究”课题由中国科学院半导体研究所承担，参与单位包括北京大学、厦门大学、西安交通大学和厦门市三安光电科技有限公司。该课题重点开展高质量高铝（Al）组分氮化物材料外延制备关键技术研究。

　　2015年9月13日，第三代半导体材料项目管理办公室组织专家开展了课题的中期现场检查工作。课题组汇报了在AlN和AlGaN材料外延制备、掺杂、高效量子结构设计与实现的创新性工作。通过多周期中温插入层、高低温调制、衬底氮化处理及微米级图形衬底等技术，降低材料的位错密度，获得了表面粗糙度小于0.2纳米，Al组分在30-90%连续可控的AlGaN材料。在高质量外延材料的基础上，课题组成功制备出深紫外激光二极管（LD），在国内率先实现波长在280 纳米左右的AlGaN基深紫外激光器光泵浦激射，标志着我国相关研究步入国际先进行列。

　　AlGaN基紫外激光器的光泵浦激射：主发光峰为288纳米

 

　　二、863计划“大尺寸氮化镓衬底制备与同质外延技术研究”课题取得阶段性成果

 

　　2015年9月13日，由北京大学、中科院苏州纳米所、中科院半导体所、南京大学、东莞市中镓半导体、苏州纳维科技共同承担的863计划“大尺寸氮化镓衬底制备与同质外延技术研究”课题顺利通过由科技部第三代半导体材料项目管理办公室组织的课题中期检查。课题单位在国内首次成功实现了250微米的4英寸GaN自支撑衬底，对提升我国氮化镓衬底技术在国际上的地位具有十分重要的意义。

　　图1.实现分离的自支撑GaN厚膜和蓝宝石衬底

 

　　此外，课题组在同质外延生长、2英寸GaN自支撑衬底和GaN/Al2O3复合衬底的产业化、多片HVPE产业化设备的研制等方面均取得了较大进展，同质外延生长的GaN薄膜的位错密度1.3?107cm-2，2英寸GaN自支撑衬底和GaN/Al2O3复合衬底的产能分别达到500片/年和10000片/年，21片HVPE设备完成安装调试，并已经能够生长出质量均匀性良好的15-25微米的GaN/Al2O3复合衬底。

　　图2. 21片HVPE设备及制备的2英寸GaN/Al2O3复合衬底

 

　　三、苏州能讯承担863计划课题顺利通过科技部中期检查

 

　　2015年9月14日，由苏州能讯高能半导体有限公司承担，北京大学、中国科学院半导体所、中山大学、杭州士兰微电子有限公司以及盈威力（上海）新能源科技有限公司参加的“十二五”863计划“大尺寸硅衬底氮化镓基电力电子材料生长技术研究”课题顺利通过科技部第三代半导体材料项目管理办公室组织的中期检查。

　　该课题紧跟国际产业发展方向，在大尺寸（6英寸及以上）Si衬底上制备出平整、无龟裂的高质量GaN基高压外延材料，外延片翘曲小于50um，均匀性好于1%，垂直击穿电压超过800V。此外课题组开发了CMOS兼容工艺，研制成功600V/10A的二极管和三极管等高压开关器件；通过探索影响器件性能和可靠性的关键物理机制，对所制作的器件进行应用验证和产品开发，实现了转换效率>97%的DC-DC升压变换器。

　　苏州能讯作为课题承担单位，在课题执行以来，组织课题参加单位多次开展课题组内部研讨，学习国家科技经费管理要求和最新文件，获得了专家的好评，为课题的顺利实施奠定了良好的基础。

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　　四、863计划“6英寸SiC衬底制备及同质外延技术研究”课题顺利通过科技部中期现场检查

 

　　2015年9月14日，由山东天岳先进材料科技有限公司牵头，中国电子科技集团公司第五十五研究所、山东大学、西安交通大学、株洲南车时代电气股份有限公司共同承担的863计划“6英寸SiC衬底制备及同质外延技术研究”课题顺利通过科技部第三代半导体材料项目管理办公室组织的中期检查。

　　课题在6英寸SiC单晶生长炉的设计与制造、6英寸SiC单晶生长和衬底加工、SiC单晶缺陷分析与控制、SiC快速外延、肖特基二极管研制、SiC混合功率模块设计等方面取得了一系列进展：完成了6英寸SiC单晶生长炉设计与制造，并成功生长出n型4H-SiC单晶，加工出6英寸SiC抛光片；4英寸n型SiC微管密度0.3个/cm2，螺位错密度420个/cm2，XRD摇摆曲线（004）和（102）半峰宽分别为25.7弧秒和22.5弧秒；SiC衬底上同质外延材料掺杂浓度不均匀性2.1%，厚度不均匀性1.04%，表面粗糙度0.237 nm；肖特基二极管阻断电压高于1200V，反向漏电流0.7 μA，1.7V正向电压导通电流大于15A，部分关键指标已提前完成课题任务，为整个课题顺利验收奠定基础。

　　6英寸SiC单晶

　　1200V/15A SiC SBD

 

　　五、大尺寸Si衬底GaN材料生长技术取得重要进展

 

　　由江西省昌大光电科技有限公司承担863计划“高频高功率电子器件用大尺寸Si衬底GaN基外延材料生长技术”课题,通过一年多的努力，取得了阶段性的成果，2015年9月15日，顺利通过了由第三代半导体材料项目管理办公室组织的课题中期检查。

 

　　课题组在降低大尺寸Si衬底上生长GaN薄膜的位错密度、均匀性和整片外延的翘曲度，提升GaN薄膜质量方面取得了系列进展，同时对提高GaN器件性能等面做了系统的工艺探索工作，为最终完成课题任务指标打下了很好的基础。迄今，该课题8英寸Si衬底上生长的GaN薄膜的厚度为3微米，8英寸外延片的整片翘曲度小于50微米，GaN薄膜位错密度达到1×108 cm-2，（002）XRD扫描半高宽低于350 arcsec，（102）XRD扫描半高宽低于400 arcsec；所制作的HEMT迁移率达到2200 cm2/Vs，载流子面密度达到9e12/cm2，方块电阻达到300Ω/sq。

 

　　六、华南理工大学绿光LED研发课题通过863计划中期检查

 

　　发展绿光LED及其他光谱LED技术，对缓解“绿光鸿沟”问题，实现高品质全光谱灯具，显著提升照明产品发光品质具有重要意义。

　　华南理工大学联合中科院半导体所、杭州士兰明芯等单位，产学研合作，共同开展高In组分氮化物材料制备技术研究。课题组在InGaN生长、AlInN三元合金混溶隙研究、半极性InGaN薄膜制备及绿光LED外延生长及数值模拟等方面取得了一系列进展，探索了反应室温度、压力、流量等工艺条件对InGaN薄膜的铟组分、面内应力等参数的影响，设计了新型绿光LED结构并数值计算了绿光LED的内量子效率、载流子浓度分布以及自发辐射复合速率分布等参数，在此基础上，生长出InGaN材料，并制备出绿光LED器件,为完成课题的任务指标奠定良好的基础。

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　　七、863计划 “大功率GaN电子器件用大尺寸SiC衬底制备及外延技术研究”课题取得阶段性成果

 

　　2015年9月15日，河北同光晶体有限公司承担的863计划“大功率GaN电子器件用大尺寸SiC衬底制备及外延技术研究”课题顺利通过科技部中期检查。

　　该课题针对直径4、6英寸SiC单晶生长和加工技术以及SiC衬底上的高质量GaN外延生长开展了研究，并通过制备器件验证衬底和外延层质量，在提高4英寸和6英寸SiC晶体质量、降低微管密度、改善表面质量、SiC衬底上GaN异质结构的外延生长、以及GaN基HEMT器件研制等方面取得了一系列进展，4英寸导电和半绝缘4H型SiC晶体XRD摇摆曲线半高宽25和30arcsec，微管密度0.25和1.34个cm-2，晶片Warp、Bow、TTV、LTV检测结果分别达到15μm、-8μm、3.5μm和1.5μm，表面粗糙度小于0.3nm，晶片加工质量接近国际同类产品的标准，现有技术可以加工出低表面粗糙度、无划伤、无亚损伤的4英寸4H晶片。已生长出6英寸导电型SiC晶体，并开展晶片加工技术研发。GaN外延层位错密度3x107cm-2，GaN基HEMT器件击穿电压700V。为最终完成课题任务指标打下了良好基础。

　　4英寸4H偏振光观察无相变反馈6英寸4H导电型晶体

 

　　八、全国产化激光分子束外延设备（L-MBE）研制成功

 

　　钙钛矿氧化物材料作为一种新兴的半导体材料，近年来受到人们的广泛关注，尤其是高温超导和巨磁电阻现象的发现，在世界范围内掀起了钙钛矿氧化物材料的研究热潮，在材料方面和相关理论研究方面，都取得了很大的进展。

 

　　山西春明激光科技有限公司与中国科学院半导体研究所、中国科学院物理研究所共同承担了863计划“钛酸锶与铝酸镧薄膜制备技术及器件开发”课题，课题于2015年9月16日通过了科技部组织的中期现场检查。

 

　　课题组联合攻关，突破L-MBE设备用大脉冲能量激光器关键技术，实现了高能量的紫外脉冲激光器，体积仅为进口激光器的1/3，脉冲稳定性和脉冲宽度优于进口激光器，并将其成功集成的自主研制的外延腔中，实现了全国产化的激光L-MBE设备，并初步实现高质量钙钛矿氧化物薄膜材料的生长。从根本上打破国内宽禁带半导体行业发展依赖于进口设备的局面，这将会促进我国宽禁带半导体材料的快速发展，也是我国宽禁带半导体材料实现创新跨越发展的必然趋势。

　　图1 自主研发激光器与进口激光器体积比较

　　图2 自主研制L-MBE设备

　　图3 中期检查汇报现场

 

　　九、三安光电绿光激光器材料生长技术863课题顺利通过中期检查

 

　　2015年9月17日，科技部第三代项目管理办公室组织技术专家和财务专家对厦门市三安光电科技有限公司承担的863计划“绿光激光器用高铟组分氮化镓基外延材料生长技术”课题进行了中期现场检查，该课题为新材料领域“第三代半导体材料”重点专项于2014年首批启动课题，专项经费460万元。

 

　　课题实施以来，课题组在Si衬底上半极性面GaN外延、蓝宝石衬底上绿光量子阱外延、高空穴浓度GaN p型层、激光器绿光谐振腔制作等方面取得了一系列的进展，主要成果包括：半极性面GaN外延层位错密度达到106 cm-2量级，蓝宝石衬底上GaN外延层XRD半高宽(002)小于240 arcsec、(102)小于280 arcsec，GaN外延单层空穴浓度达到3.4x1017 cm-3，并获得了平整的激光器腔面。

 

　　专家组认为该课题总体进展良好，基本按照节点任务要求完成了阶段性研究目标，以上成果的取得也为最终完成课题目标奠定了基础。