氮化铝（AlN）单晶是禁带宽度最大的直接带隙半导体材料（6.2 eV），具有极高的击穿场强、优异的热导率、稳定的物理和化学性质等优异特性，而且AlN单晶与GaN、AlGaN具有非常小的晶格失配和热失配，被认为是Ⅲ-Ⅴ外延材料的最佳衬底，在深紫外探测器、深紫外LED、深紫外LD和微波大功率等领域具有十分广阔的应用前景。

目前，物理气相传输法（PVT法）被认为是制备AlN体单晶的主流方式。当前制约PVT法AlN单晶生长技术发展的首要因素是高质量AlN籽晶的获取，以及AlN籽晶同质生长时生长条件与生长模式之间存在怎样的关联。

中国电科46所齐海涛超宽禁带半导体研发团队采用PVT法在自制AlN籽晶上生长了高质量AlN单晶。观察了不同生长模式下（三维岛状和单螺旋生长中心）AlN单晶的表面形貌。在优化热场结构的基础上研究发现AlN籽晶表面温度在晶体生长中起着重要作用，生长条件直接决定了晶体的生长模式。值得注意的是，在单螺旋生长中心模式下生长的AlN单晶，（002）和（102）衍射峰的半峰宽（FWHM）分别为65和36 arcsec。采用MOCVD在获得的高质量AlN单晶衬底上依次外延生长了AlN缓冲层和高Al组分AlxGa1-xN薄膜。AlN缓冲层的（002）和（102）衍射峰的FWHM分别为93和29 arcsec。AlxGa1-xN外延薄膜的Al组份为0.54，薄膜弛豫度为44.8%。上述研究结果显示了AlN单晶衬底上同质外延生长AlN和高Al组份AlGaN薄膜的优越性。

本研究将进一步指导高质量AlN单晶的制备，为国内AlGaN外延和器件单位提供优质AlN衬底，有利地推进AlGaN外延及相关器件的发展。

图1. AlN单晶的表面形貌。

Morphology and crystalline property of an AlN single crystal grown on AlN seed

Li Zhang, Haitao Qi, Hongjuan Cheng, Yuezeng Shi, Zhanpin Lai, Muchang Luo

J. Semicond. 2021, 42(5): 052101

doi:?10.1088/1674-4926/42/5/052101

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