近日，西安电子科技大学郝跃院士课题组张进成教授、李祥东教授团队与松山湖材料实验室王新强教授、袁冶副研究员团队，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。得益于AlN单晶复合衬底的材料优势 (位错密度居于2×108 cm-2数量级)，AlGaN缓冲层厚度降至350 nm，外延成本大幅下降，且有效控制晶圆翘曲。这是我国在大尺寸新型衬底制备与应用方向取得的又一重大突破。
研究发现，AlN单晶复合衬底表面存在的Si、O杂质会造成寄生漏电通道，使得HEMTs器件无法正常关断。团队据此创新提出二次生长AlN埋层方法覆盖杂质层，使其在超宽禁带材料中无法离化，从而显著抑制漏电。实验结果显示，团队所提出的350 nm无掺杂超薄AlGaN缓冲层的横向击穿电压轻松突破10 kV，HEMTs器件关态耐压超8 kV，动态电流崩塌＜20%，阈值电压漂移＜10%，初步通过可靠性评估。部分成果发表在器件领域顶刊IEEE TED（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573）以及ISPSD（DOI: 10.1109/ISPSD59661.2024.10579573）上。
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