超宽禁带半导体材料AlN是深紫外发光二极管、深紫外探测器、声波滤波器、光学频率梳等器件的核心材料，在杀菌消毒、导弹预警、5G通信、非线性光学等领域等领域快速扩展应用。由于大尺寸AlN单晶衬底存在价格昂贵、尺寸小、透射率低的问题，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。通常情况下，增厚AlN材料可有效增强位错相互作用以降低位错密度，但是AlN厚膜中存在的高强度张应变会造成材料表面开裂，影响器件性能，如何实现无裂纹AlN厚膜是目前的研究热点之一。

近日，省科学院半导体所的科研人员在平片蓝宝石衬底上通过原位引入高密度的纳米孔洞，有效降低了上层AlN和底层AlN之间的接触面积，从而降低相互耦合，最终达到缓解张应变的效果，可在平片蓝宝石上实现5.6微米无裂纹AlN(而在平片蓝宝石衬底上用常规技术路线生长的AlN厚度超过2-3微米就会产生裂纹)，因此大幅度降低了AlN外延层中的位错密度。

纳米孔洞形貌图

该项工作部分结果以“Fast growth of crack-free thick AlN film on sputtered AlN/sapphire by introducing high-density nano-voids”为题发表在应用物理类老牌期刊Journal of Physics D: Applied Physics，并被半导体领域国际权威媒体杂志《Semiconductor Today》关注和报道。省科学院半导体所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重点研发计划、国家自然科学基金、广东省重点研发计划和广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项等项目的资助。