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半导体学报(英文)2026年第7期——中文导读：17-19

已有 128 次阅读 2026-9-1 10:02 |系统分类:论文交流

研究论文

17 4英寸蓝宝石衬底上实现10 μm高质量、无裂纹的氮化铝薄膜

氮化铝（AlN）凭借其优异的光学透过率、宽带隙（约6.2 eV）和卓越的热稳定性等，在高效光电器件、超高压电力电子器件领域具有重要应用价值。因此，晶圆级体单晶AlN的制备备受关注，但目前仍面临严峻挑战。高温退火已被证实是获取蓝宝石基氮化铝单晶复合衬底的有效路径，并在紫外光电器件中实现规模化应用。但鉴于高功率紫外发光器件（如激光器）对材料质量的严苛要求，进一步提升AlN晶体质量始终是研究的重点目标。研究表明，在异质外延生长过程中增加AlN薄膜厚度，可促进倾斜位错间的相互作用，进而诱导位错湮灭，为进一步提高AlN薄膜的晶体质量提供了一条可行路径。同时，较厚的AlN薄膜在其它应用领域也展现出优势，包括增强声波约束以提升谐振器性能，以及在超高压电子器件中支持更高的击穿电压并提供更好的散热能力。然而，AlN与蓝宝石衬底之间存在显著的晶格失配与热失配，导致异质外延过程中应力随膜厚增加而持续积累，容易诱发裂纹，严重危害薄膜的表面完整性与晶体质量。

针对以上问题，北京大学物理学院王新强与松山湖材料实验室袁冶研究团队，通过在4英寸蓝宝石基氮化铝单晶复合衬底上引入二维低温缓冲层，成功生长出厚度为10.2 μm的AlN薄膜，其表面裂纹被有效限制在距晶圆边缘约2 mm的范围内（图1）。得益于增厚过程中位错的湮灭（图2），薄膜表面区域的位错密度低至7.6×10⁶ cm^-2。这项研究显著推进了大面积、高质量AlN薄膜的生长，为其在高性能紫外光电器件及电力电子器件中的应用奠定了基础。

图1. 4英寸、10.2 μm AlN薄膜的（a）透射光谱；（b）横截面扫描电子显微镜图像；（c）自动光学检测裂纹图像；（d）(105) 晶面的XRD倒易空间图；（e）(002) 面和 (102) 面的XRD摇摆曲线；（f）刻蚀坑密度测量结果。（a）中插图为晶圆的光学照片；（d）中白色方块表示无应力AlN的位置，坐标为 (Qx, Qz) = (0.28575, 0.77311)。

图2. 4英寸、10.2 μm AlN薄膜的截面暗场TEM图像：（a）g=[0002]，（b）g=[11-20]。

该文章以题为“Compatibilize surface crack and crystallinity in 10-μm-thick AlN epilayer on 4-inch sapphire substrates”发表在 Journal of Semiconductors 上。

文章信息：

Compatibilize surface crack and crystallinity in 10-μm-thick AlN epilayer on 4-inch sapphire substrates

Tai Li, Ziruo Wang, Ye Yuan, Tao Wang, Shangfeng Liu, Tongxin Lu, Shuai Liu, Zhiwen Liang, Qi Wang, Xinqiang Wang

J. Semicond. 2026, 47(7): 072503 doi: 10.1088/1674-4926/26010043

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18 具有0.93 GW/cm²功率优值的自对准SnO/β-Ga₂O₃台面异质结二极管

超宽禁带半导体材料是下一代高压大功率电力电子器件的核心基础。β-Ga₂O₃凭借显著优于SiC和GaN的理论临界击穿电场（3.3 MV/cm 8 MV/cm），在高功率应用场景中展现出巨大的潜力。限于β-Ga₂O₃ p型掺杂的困难，研究通常采用与其他p型金属氧化物（如NiO、IrOx、Cu₂O等）构建异质结来替代难以实现的同质pn结。

近日，合肥工业大学微电子学院吴春艳教授课题组发表了题为“Self-aligned SnO/β-Ga₂O₃ mesa heterojunction diodes with a PFOM of 0.93 GW/cm²”的研究论文。该工作采用p型材料SnO，结合自对准刻蚀技术，构建了SnO/β-Ga₂O₃台面结构异质结二极管。与传统的平面型器件相比，台面结构消除了台面区域以外的横向耗尽影响，有效抑制了阳极边缘的电场集中现象，从而显著改善了器件的击穿特性。这一成果也验证了SnO作为一种有潜力的p型氧化物在β-Ga₂O₃功率器件中的应用价值。

随着新能源汽车、电网、轨道交通、雷达通信等高压大功率应用场景对功率器件性能要求的不断提升，β-Ga₂O₃基功率器件正迎来前所未有的发展机遇。该研究所展示的自对准台面异质结二极管方案，为高击穿电压β-Ga₂O₃功率电子器件的设计提供了一条可行的技术路径。未来，通过进一步优化台面刻蚀工艺、提升侧壁钝化质量、探索更优的异质材料组合，β-Ga₂O₃功率器件的性能有望达到新的高度，推动宽禁带半导体从实验室研究向工业化应用加速迈进。

图1.（a）SnO/β‑Ga₂O₃台面异质结二极管的结构示意图；（b）典型器件的SEM照片及（c）方框区域的元素分布图。比例尺：2 μm。

图2. 所制备UT‑HJD与mesa‑HJD（台面高度500 nm）正向J‑V特性曲线：（a）线性坐标，（b）半对数坐标，插图为理想因子；（c）500 kHz频率下的C‑V和1/C²‑V特性曲线；（d）反向J‑V特性曲线，插图照片显示器件硬击穿。

文章信息：

Self-aligned SnO/β-Ga₂O₃ mesa heterojunction diodes with a PFOM of 0.93 GW/cm²

Xinwang Yao, Lizhi Cui, Junwei Zhang, Junhan Qian, Xiaoping Yang, Xiujuan Wang, Chunyan Wu, Linbao Luo

J. Semicond. 2026, 47(7): 072504 doi: 10.1088/1674-4926/26020066

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19 具有"共振"能带结构的窄带隙CdHgTe量子阱中的碰撞电离现象

本文针对子带间距接近禁带宽度的CdHgTe量子阱，计算了载流子的碰撞电离概率。该能带结构使处于第二子带中的电子能够以较小的动量转移实现碰撞电离。研究表明，相较第一子带中的电子（无法发生小动量转移跃迁），第二子带电子的碰撞电离概率提高约两个数量级。本文进一步估算了电子在光学声子发射导致能量弛豫过程中发生单次碰撞电离的概率，并讨论了该结构中碰撞电离效应的实验探测方案。

图1. 6.8 nm Cd_0.067Hg_0.933Te量子阱的能带结构，其周围环绕着Cd_0.7Hg_0.3Te势垒。箭头表示在碰撞电离过程中可能出现的电子跃迁。图中左侧显示了电子跃迁伴随波矢变化的情况，右侧则展示了电子跃迁而不改变波矢（垂直跃迁）的情形。数字1和2对应初始电子态，数字3和4对应最终电子态。