采用自主创新技术开发的具有世界领先水平的高质量蓝宝石基铝钪氮薄膜模板产品

奥趋光电技术（杭州）有限公司（简称：奥趋光电）是一家全球领先的氮化铝晶体材料解决方案供应商。奥趋光电在SEMICON China 2021举办的“2021年功率与化合物半导体国际论坛”推出了采用自主创新技术开发的具有世界领先水平的高质量蓝宝石基铝钪氮薄膜模板产品。

铝钪氮是目前极具前景的半导体材料，可取代5G射频前端BAW（FBAR）/SAW滤波器中的氮化铝材料，并在新一代功率器件领域极具应用前景。通过将高含量的钪元素掺入氮化铝，射频器件的压电性能和机电耦合系数能取得显著提升。然而，由于掺高钪浓度（＞40 at%）的铝钪氮薄膜在生长过程中容易出现从纤锌矿结构到立方晶系盐石结构的相变，铝钪氮薄膜晶相的稳定性仍然是工业化大规模应用的重要难题。因此，高钪浓度的铝钪氮模板制备被公认极具有挑战性。

图1 奥趋光电蓝宝石基铝钪氮（Al0.56Sc0.44N）薄膜模板

常规制备铝钪氮薄膜的技术有磁控溅射法（Sputtering）、分子束外延法（MBE）和金属有机化学气相沉积法（MOCVD）。磁控溅射法是生长半导体薄膜的主流技术，因其较低的制备成本普受欢迎，但目前采用该技术制备的铝钪氮薄膜质量离工业应用要求仍存在较大差距。MBE和MOCVD的技术方案具备生长出质量相对较高的薄膜能力，但从满足工业应用要求方面，薄膜质量仍需进一步提升。同时，采用这两种技术制备铝钪氮薄膜的工艺难度大（如由于钪的材料特性缺乏钪的前驱体），且无法满足大规模工业生产需求。

奥趋光电研发团队开发了一系列独特的专利技术，成功在蓝宝石衬底上生长出高结晶质量的铝钪氮薄膜，钪元素原子浓度高达44 %（EDS检测结果），并且具备低成本和大规模量产等特点。第三方机构检测结果表明，铝钪氮薄膜（500 nm膜厚）的高分辨X射线（0002）衍射摇摆曲线（Omega扫描）半高宽（FWHM）低至88-90弧秒且峰强高达400,000-500,000 cps（如图2a所示），（10-12）非对称衍射摇摆曲线半高宽为300-350弧秒。原子力显微镜（AFM）检测薄膜表面的粗糙度（Ra）为4-5nm，且整体均匀性高。

图2a 蓝宝石基铝钪氮薄膜（0002）衍射摇摆曲线

图2b 蓝宝石基铝钪氮薄膜AFM形貌图

奥趋光电创始人兼CEO吴亮博士表示：“世界各地的许多科学家花费了大量的精力开展高质量铝钪氮薄膜材料的开发，但是在我们之前没有机构/团队能够制备出如此高质量且高钪含量的铝钪氮薄膜。这毋庸置疑对各类下游应用，如高性能5G BAW（FBAR）/SAW滤波器和功率器件等，是非常振奋人心的消息。我们目前正在与中国几家技术领先的下游企业进行合作，计划逐步实现高性能的5G BAW（FBAR）/SAW滤波器制造，以满足日益严苛的工业需求。”

责任编辑：lq