近日，由國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）與第三代半導體產業技術創新戰略聯盟（CASA）主辦，南方科技大學微電子學院與北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司共同承辦的第十七屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA 2020）暨2020國際第三代半導體論壇（IFWS 2020）在深圳會展中心召開。

期間，由江蘇南大光電材料股份有限公司、中微半導體設備（上海）股份有限公司、廣州南砂晶圓半導體技術有限公司協辦的“襯底、外延及生長裝備”分會上，北京大學物理學院高級工程師楊學林分享了“硅襯底上氮化物大失配異質外延生長”的主題報告。詳細分享了Si(111)襯底上GaN厚膜、AlN厚膜外延生長、Si(100)襯底上單晶GaN薄膜的外延生長、AlN/Si界面寄生電導產生機理及其抑制方法等方面的研究成果。

 

GaN功率電子器件是下一代電力電子的一個重要方向，大尺寸、低成本、與現有Si集成電路制備工藝兼容是降低GaN功率電子器件制造成本的唯一有效途徑。氮化物半導體領域的研究前沿受到學術界、企業界高度重視。Si襯底上GaN向著大尺寸、厚膜化、低缺陷密度方向發展。高密度缺陷和殘余應力嚴重影響器件性能，成為制約Si襯底上GaN電子器件發展的關鍵瓶頸。
 

高密度缺陷和殘余應力嚴重影響器件性能，成為制約Si襯底上GaN電子器件發展的關鍵瓶頸。低位錯密度GaN厚膜外延難度很大，難點是既能降低位錯密度又能保持壓應力。Si襯底上AlN外延難點涉及大的晶格失配和熱失配、缺少能給AlN提供壓應力的緩沖層。

Si(100)是現有CMOS工藝主流襯底，Si(100)襯底上外延GaN是走向IC集成的一個重要途徑，報告分享了Si (100) 襯底上單晶GaN的實現、基于N摻雜的石墨烯緩沖層、石墨烯上氮化物的取向特征以及石墨烯上氮化物成核和取向的演化。探討了GaN-on-Si RF 器件射頻損耗問題、AlN/Si界面寄生電導、AlN/Si界面寄生電導的產生機制、界面寄生電導的抑制機理、Al原子擴散對射頻損耗的影響等問題。

 

報告中，提出采用Ga空位工程，在Si(111)襯底上實現高質量的GaN厚膜。采用圖形化結構，在Si襯底上實現高質量AlN厚膜。采用石墨烯作為緩沖層，在Si(100)襯底上實現單晶GaN薄膜。提出了抑制AlN/Si界面寄生電導的方法。

他是北京大學物理學院高級工程師，國家優秀青年科學基金獲得者。先后在吉林大學和北京大學獲學士和博士學位，東京大學博士后。近年來在Si襯底上GaN基材料的MOCVD外延生長、C雜質的摻雜調控、缺陷影響電子器件可靠性的機理研究等方面取得了多項進展。迄今在PRL、AFM、APL等期刊上共發表SCI論文70多篇，在本領域國內外學術會議上做邀請報告10多次，申請/授權國家發明專利10多件。

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）