近日，广东省半导体产业技术研究院的研究人员在蓝宝石衬底上发展了一种高速制备AlN模板的方法，通过采用中温层进行应力调控与位错抑制，结合低V/III比高温生长技术，在2.9 μm/h的高生长速率下，制备出XRD（002）与（102）面摇摆曲线半峰宽分别低至315与419 arc sec厚度为3.3 μm的高质量AlN模板，其位错密度为9.79 × 108 cm-2。5 × 5 μm2范围内原子力显微镜（AFM）扫描可见清晰的单层原子台阶，表面粗糙度均方根值（RMS）低至0.14 nm。该指标为当前报道的高速生长AlN的最好水平，进一步加快了AlGaN基固态紫外光源的商用化进程。

图1 （a）XRD（002）与（102）面摇摆曲线 （b）AFM扫描图像

     中温层的采用实现了显著的应力调控，增加了外延层中的压应力，有效抑制了AlN模板的开裂。

图2 不同中温层温度下的AlN表面形貌

图3 AlN外延层在不同中温层温度下的应力状态

     中温层有效延缓了AlN晶粒的愈合过程，创造生长侧面，引导位错弯曲、成环，最终湮灭，降低外延层中的位错密度，提高AlN结晶质量。

图4 透射电子显微镜（TEM）测试结果

      工作部分结果以“Growth of high quality AlN/sapphire templates with high growth rate using a medium-temperature layer”为题发表在SCI期刊superlattices and microstructures上（链接：https://doi.org/10.1016/j.spmi.2018.12.008）。

      省半导体院吴华龙博士为论文第一作者，赵维博士与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、广东省科技项目与广东省科学院发展专项等项目的资助。

      随着现今主流的含汞紫外光源被禁止生产与销售，铝镓氮（AlGaN）基紫外光源凭借着优越的材料特性与环境友好性已成为备受期待的新一代商用化紫外光源。量产制备出具有低位错密度、原子级光滑表面的高质量AlN衬底/模板是实现高性能AlGaN基紫外光源产业化的关键，也是当前的技术瓶颈之一。受限于异质外延与前驱体的预反应，当前MOCVD制备的AlN模板存在着位错密度高与表面粗糙等问题，特别是目前AlN生长速率普遍偏低（≤ 1μm/h），极大阻碍了AlGaN基固态紫外光源的商用化进程。因此，在高生长速率下实现高质量的AlN模板制备有着重要的产业需求。

（省半导体院 吴华龙撰稿）