氮化铝（AlN），超宽禁带半导体材料典型代表之一，是新一代高性能微波功率器件和紫外光电器件的理想衬底材料。其中，AlN单晶衬底及其相关器件是科研领域的研究热点。
AlN晶体结构是六方纤锌矿结构，具有很强的各向异性。在PVT生长过程中，不同取向生长表面的表面能及生长速率差异非常明显，理想工艺条件下制备的高质量AlN晶体轮廓通常由(00±1)面、(10n)面和(100)面等几个低指数晶面合围而成，晶体头部呈规则的六棱台形状。晶体内部也不存在“胞状结构”。
我国国内相关研究起步较晚，生长的晶锭大多为高度旋转对称的圆柱体或圆锥体，头部为弧面或锥面，这种晶锭内部通常存在较多的晶界或小角晶界。
中国电子科技集团公司第四十六研究所（简称中国电科四十六所）近年来在高质量AlN籽晶培育、传热传质动态控制、长时间稳定生长等方面取得了重要突破，生长的AlN单晶结晶质量得到了大幅度提升。目前，中国电科四十六所可以稳定制备1英寸及2英寸高质量AlN单晶衬底，同时也在积极探索更大尺寸单晶的生长工艺。
图1 高质量AlN晶头及其表面形貌。(a)晶体头部照片；(b) 、(c)原子力显微镜下表面微观形貌
图2 头部晶片的XRD摇摆曲线。(a)某点(00.2)面的XRD摇摆曲线；(b)某17 mm×17mm区域(00.2)面的XRD FWHM分布；(c)某点(10.2)面上的XRD摇摆曲线；(d)某17 mm×17mm区域(10.2)面的XRD FWHM分布
图3 高质量AlN单晶片。(a)1英寸晶片；(b)2英寸晶片
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