大尺寸AlN单晶材料制备技术研究

氮化铝（AlN）单晶材料在短波长光电子器件及新型电子器件方面有巨大的应用前景，大尺寸AlN单晶材料制备关键技术是当前亟待解决的重大科学问题。本项目在课题组持续八年研究的基础上，探索在高温高压条件下用物理气相传输法制备大尺寸AlN单晶的工艺条件和技术手段，积极优化和改进晶体生长设备，通过大量的实验和理论研究逐步了解AlN单晶的生长规律，掌握制备大尺寸AlN单晶材料的关键技术，制备出2英寸以上的AlN单晶。本项目的研究成果将极大地提升我国在Ⅲ族氮化物半导体方面的原始创新能力和整体研究水平，增强我国在这一高新技术领域中的国际竞争力。

氮化铝（AlN）单晶材料是禁带宽度高达6.2 eV的直接带隙半导体材料，是制备紫外和深紫外发光器件及探测器件的最佳材料；AlN单晶材料具有载流子饱和漂移速度高、介电常数小、导热性能好、击穿场强高、化学和热稳定性好等特点，非常适合制作抗辐射、高频、高温、大功率和高集成密度的电子器件；AlN单晶材料还具有优异的压电性能、较高的声表面波传播速度和机电耦合系数，是目前所知的声表面波波速最大的压电材料，是制作GHz级声波器件的优选材料；AlN晶体材料的晶格结构、晶格常数以及热膨胀系数在相当大的范围内与氮化镓晶体几乎完全匹配；使用AlN衬底材料是提高氮化镓基光电器件光电转换效率和使用寿命的最有希望的途径。.AlN晶体具备极为优良的光、电、声、机械性质，表现出极其广阔的应用前景和难以估量的巨大经济效益。制备大尺寸AlN单晶材料成为国际半导体物理学界攻关的热点。.本项目在国内率先开展了在高压高温条件下用物理气相传输法制备大尺寸AlN单晶材料的研究，探索具有自主知识产权的AlN单晶材料的制备方法和技术。在国家自然科学基金委员会的大力支持下，我们已经制备出尺寸达到22毫米的AlN单晶材料，接近目前国际最好水平（33毫米），继美国和德国之后，使我国成为掌握制备大尺寸AlN单晶材料关键技术和工艺的国家；我们还掌握了生长C面和M面AlN单晶体的工艺条件，申请了技术专利；我们还根据AlN生长工艺和技术的特点，相继研发了三代具有专利保护的AlN晶体生长炉，为制备大尺寸AlN单晶体提供了技术和设备支持。.本项目的研究成果突破了国外在大尺寸AlN单晶材料的专利壁垒，发展了具有自主知识产权的AlN单晶材料的制备技术，增强了我国在这一高新技术领域中的国际竞争力，促进了我国在AlN晶体材料、深紫外光电器件以及新型电子器件的研究和应用，提升了我国在新一代宽禁带半导体材料方面的创新能力和研究水平。