近日，我院研究人员在平片蓝宝石衬底上发展了一种结合溅射AlN缓冲层和精细生长模式调控的新型技术路线，成功开发出高质量的AlN薄膜材料，其位错密度比传统技术路线降低一个量级以上，为进一步研发高性能AlN基器件奠定基础。
得益于纳米孔洞的形成，获得的高质量AlN外延层厚度达到5.6微米却没有表面开裂，微观形貌呈现单原子台阶。
图1. 光学和原子力显微镜下高质量AlN外延层的形貌
生长过程中AlN外延层中的位错通过多种形式成环、融合、湮灭，最终到达样品表面的贯穿位错密度只有4.7 × 107 cm-2。
图2. 透射电子显微镜下截面和表面的位错分布图
另外，AlN外延层中C、H、O杂质的浓度仅为1.6 × 1017，3.0 × 1017和1.3 × 1017 cm-3，高温AlN生长速度达到3微米/小时以上，非常适合产业化应用。
图3. AlN外延层中的杂质深度分布
该项工作部分结果以“High-Quality AlN Film Grown on Sputtered AlN/Sapphire via Growth-Mode Modification”为题发表在Crystal Growth & Design(物理学/晶体学SCI一区，链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.cgd.8b01045) ，并被半导体领域国际知名媒体杂志《Semiconductor Today》以Headline News的形式在线报道(链接: http://www.semiconductor-today.com/news_items/2018/nov/gisit_061118.shtml)。
省半导体院何晨光博士为论文第一作者，陈志涛博士为论文通讯作者，该项工作得到了国家自然科学基金和广东省科学院创新驱动发展能力建设专项等项目的资助。
AlN作为第三代半导体代表性材料之一，是深紫外发光二极管、探测器的核心材料，在杀菌消毒、导弹探测等领域快速扩展应用。然而，由于大尺寸AlN单晶衬底存在价格昂贵、尺寸小、透射率低、国际禁运的问题，目前在蓝宝石等衬底上通过异质外延制备AlN基材料及器件是主要技术路径。获得高晶体质量的异质外延AlN基材料是高性能AlN基器件产业化技术的关键。