2025年5月15-16日，由浙江大学杭州国际科创中心、半导体在线主办，杭州镓仁半导体有限公司、奥趋光电技术（杭州）有限公司、宁波晶钻科技股份有限公司承办的2025年第四代半导体技术研讨会在杭州成功举行。北京大学沈波教授、山东大学陶绪堂教授、中国电子科技集团第十三研究所冯志红首席科学家、中山大学王钢教授、九峰山实验室魏强民首席专家、郑州大学单崇新教授、哈尔滨工业大学朱嘉琦教授、西安交通大学王宏兴教授、奥趋光电创始人吴亮博士、南京大学叶建东教授等专家出席会议并作大会报告。
氮化铝（AlN）是第四代超宽禁带半导体材料，具有超大禁带宽度（高达6.2 eV）、高热导率、高击穿场强、高热稳定性，以及良好深紫外透过率等卓越的性能优势，是制备新一代超高功率电子、6G射频及紫外光电器件和芯片的理想材料。但由于AlN单晶生长技术困难、工艺条件苛刻，其制备难度远大于SiC、GaN及Ga2O3等宽禁带半导体材料。尽管经过近50年的发展（如图1），在全球范围内，受制于AlN晶体生长与加工工艺的复杂性，制造良率低、生产成本高及供应量有限等是其产业化道路上面临的主要障碍。针对这些难题，全球领先的AlN材料综合解决方案服务商奥趋光电技术（杭州）有限公司日前在杭州举办的“2025第四代半导体技术研讨会”正式推出了AlN单晶衬底全流程高良率解决方案，使得2英寸AlN单晶衬底在全球范围内首次实现大批量、大规模化制造成为可能，并兼容奥趋光电未来4英寸的大批量、规模化制造。 
图1 AlN单晶材料50年发展重要里程碑
AlN单晶材料制备全流程高良率工艺解决方案
（1）全自动国产化装备链
奥趋光电开发出一系列具备完整自主知识产权的全自动化AlN单晶生长设备。其中UTI-PVT-D075H及其升级UTI-PVT-D100H型氮化铝单晶气相沉积炉均为中国首台具备最大4英寸AlN单晶生长能力的全自动商业化长晶装备，满足大批量、规模化制造要求，为高可靠性、重复性及高良率长晶在设备端奠定了基础。
（2）数字化晶体生长工艺链
奥趋光电自主开发出全球首款专业化AlN长晶工艺有限元模拟仿真工具，包括多项流传质仿真模块、杂质传输仿真模块、生长速率预测仿真模块、过饱和度仿真模块、三维各向应力仿真模块等。基于数字化模拟仿真技术，通过生长室的优化设计及不同工艺段的温度分布、生长前沿的径向温度梯度、生长室内的物质传输及过饱和度等精确控制，为生长无寄生形核、无裂纹的大尺寸AlN单晶的稳定和可重复性生长奠定了工艺设计基础。
（3）超精密晶圆加工工艺链
奥趋光电克服了AlN晶片脆性大、硬度高，后处理切割过程中易碎裂，抛光过程中Al面/N面难以获取原子级平整表面的技术难关，实现了300-700um厚AlN晶圆片的批量化多线切割；并通过开发适用于AlN材料的高效率抛光液、化学机械抛光技术（CMP），实现了AlN晶片原子级平整的抛光表面的批量加工，Al/N极性面粗糙度分别小于0.2 nm、1 nm。
未来展望：大尺寸+高良率保持竞争态势
美国Crystal IS公司于2022年开发出3英寸AlN单晶晶圆，于2023年发布了直径为100 mm的AlN单晶衬底样片，并于2024年宣称开发出可用面积达99%的直径100 mm单晶AlN衬底。而美国DARPA（美国国防部高级研究计划局）自2024年10月先后资助美国HexaTech公司1020万美元开发并商业化4英寸AlN单晶衬底、美国Raytheon（美国雷神公司）开发基于AlN的超宽禁带半导体器件（金额未公开）；中国企业也正齐头并进，奥趋光电技术（杭州）有限公司于2019年开发出当时全球最大，直径60mm的AlN单晶及晶圆，2021年实现2英寸AlN单晶衬底的小批量生产，2022年开发出3英寸晶圆。本次奥趋光电AlN单晶衬底全流程高良率解决方案的推出，标志着制约全球AlN产业链单晶材料端多年瓶颈的取得最新重大突破，并构建起“装备配套、晶体生长、精密加工”全链条自主可控的超宽禁带半导体AlN材料产业化体系。奥趋光电将基于储备技术，进一步开展4英寸AlN晶圆制备研发、质量提升及制造良率，以满足新一代超高功率电子、6G射频及紫外光电器件/芯片对AlN单晶衬底的应用要求，保持与美国在AlN材料领域的竞争态势，助力我国关键战略电子材料综合保障能力的提升。
AlN单晶材料备战产业化
AlN单晶衬底材料因其优异性能，已成为全球半导体技术研究的前沿、产业竞争的焦点和战略竞争的制高点。近年来，美国和中国企业在AlN单晶衬底研发和产业化方面“激战正酣”。
图2 “2025第四代半导体技术研讨会”圆桌对话
图3 “2025第四代半导体技术研讨会”圆桌对话
在杭州召开的“2025第四代半导体技术研讨会”圆桌对话环节（如图2），奥趋光电创始人吴亮博士对AlN材料及其产业化有关提问时表示：
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过去10年欧美日等各国研究团队在材料外延生长和器件端均开展了大量研究，并很好的突破了曾经限制AlN衬底材料应用的短板，如n/p型杂质掺杂和极化掺杂等技术。由于n/p型杂质掺杂和极化掺杂（DPD）等技术的快速进步与应用，AlN单晶材料已经没有明显的短板，其材料综合优异性能得以充分展示，各类创纪录性能的紫外光电器件、6G射器件及功率电子器件不断被开发出来；
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在产业化基础设施方面，AlN材料属于AlGaN三元化合物半导体材料体系，AlN基异质结和纯AlN基器件的研发和制备都受益于已有的GaN/AlGaN器件基础设施与工艺经验，并共享外延设备、制造工具和供应链，从而大幅降低产品研发成本及上市周期；
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全球范围内，限制AlN材料大规模应用的瓶颈核心在AlN单晶材料的成本、供应量及其尺寸。尺寸方面，美国企业已经推出高质量4英寸AlN单晶衬底样片，基于过去SiC/GaN产业化应用经验，2/4英寸AlN已经足以支撑紫外光电器件、射频及功率器件的中早期应用，我们预计2030年前后中美企业都有能力开发出6-8英寸衬底；成本方面，AlN单晶采用与当前大规模产业化的SiC相同PVT工艺生长，成本接近且AlN切磨抛成本，AlN大规模制造成本理论上不会高于现有的SiC。因此，当AlN单晶材料的长晶核心工艺突破后，限制AlN材料成本的核心是其综合加工良率。
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奥趋光电本次AlN单晶衬底全流程高良率工艺解决方案的突破有望大幅降低AlN单晶材料的单位成本并有效解决AlN单晶衬底全球供应量的核心瓶颈。
上述工作得到了国家重点研发计划重大专项（批准号：2022YFB3605302）、国家自然基金（批准号：61874071、61725403、61827813、62121005）及浙江省重点研发计划（批准号：2020C01145）等项目的支持。
关于奥趋光电
奥趋光电是由海归博士团队、半导体领域顶尖技术专家领衔，于2016年5月创立的高新技术、创新型企业，总部位于浙江省杭州市。奥趋光电核心专注于第三代/第四代超宽禁带半导体氮化铝晶圆衬底材料、蓝宝石基/硅基/碳化硅基氮化铝/氮化铝钪薄膜模板、全自动氮化铝PVT气相沉积炉及其相关产品的研发、制造与销售，核心产品被列入《中国制造2025》关键战略新材料与装备目录，是制备深紫外LED芯片、5G射频前端滤波器、MEMS压电传感器等各类紫外发光器件、高温/高频射频器件、高频/高功率电子及激光器件的理想衬底/压电材料。
奥趋光电经过多年的高强度研发投入，于2019年成功开发出全球最大，直径60mm的氮化铝单晶及晶圆，并于2022年开发出直径达76mm的铝极性氮化铝单晶及3英寸晶圆样片，于2025年5月成功开发出4英寸晶圆样片，奥趋光电同时也是全球首家蓝宝石基氮化铝薄膜模板大批量制造商。目前可向客户提供2英寸及以下尺寸高质量氮化铝单晶衬底、2/4/6英寸蓝宝石基/硅基/碳化硅基氮化铝、氮化铝钪薄膜模板、氮化铝单晶气相沉积炉及热处理设备等产品，同时向客户及合作伙伴提供从设备设计、热场设计、热场模拟仿真技术开发、咨询及生长工艺优化到晶圆制程等全环节的完整工艺解决方案与专业技术服务。截止2024年12月，共申请/授权国际、国内专利60余项，是全球范围内本领域专利数量最多的企业之一，被公认为本领域全球技术的领导者。