具有氮化镓层的SOI衬底表现出了低应力和高晶体质量
Okmetic与芬兰阿尔托大学合作多年，为不同类型的研究目的提供定制化特色硅片。最近的合作项目涉及阿尔托大学两位研究人员Jori Lemettinen和Sami Suihkonen所做的一项研究。他们研究了150 mm SOI衬底上氮化镓（GaN）的MOVPE生长以及衬底参数对层质量和应变的影响。其研究结果非常有趣，值得进一步跟进。
近年来在电力电子器件（譬如整流二极管和高电子迁移率晶体管）中使用硅基氮化镓越来越受到关注，因此Lemettinen和Suihkonen的研究非常热门。引起如此关注的原因主要是硅基氮化镓提供了现成的衬底，可与当前8英寸的CMOS硅片厂兼容。此外，硅还具有高导热性，对功率器件具有明显的优势。
不过，在使用标准硅基衬底时，可实现的材料质量受限于晶格和热膨胀引起的失配。这就是为什么硅基氮化镓更适合低压电力电子设备（600-1200V范围），而碳化硅（SiC）基氮化镓则适用于需要更高性能的应用。
一种适用于电力电子应用的衬底
SOI衬底的使用被认为能够减轻晶格和热适配带来的负面影响，并吸收外延过程中产生的部分应力。这也是Lemettinen和Suihkonen研究的出发点。其他研究也表明，SOI衬底的绝缘埋氧层可改善电力电子器件的击穿特性，从而能够在更高的工作电压范围内使用硅电力电子器件上的氮化镓。因此，Lemettinen和Suihkonen希望更深入地研究不同衬底参数对层质量和应变的影响。
在Lemettinen和Suihkonen的研究中，氮化镓层生长在6英寸标准硅衬底和埋氧层厚度为1微米及2微米的SOI衬底上。氮化镓层的生长依靠的是使用标准阶梯梯度的氮化铝镓（AlGaN）和氮化铝（AlN）低压金属有机气相外延（MOVPE）。对于在标准硅和SOI硅片上生长的标称2微米厚的外延堆叠，厚度的标准偏差分别为1.25%和1.36%。
根据X射线衍射，与在标准硅基衬底上生长的氮化镓薄层相比，在SOI衬底上生长的氮化镓层表现出更低的应力和更高的晶体质量。
此外，与标准硅基衬底相比，SOI衬底上的生长允许使用更薄的氮化铝镓缓冲层，同时还能保证晶体的质量。同步辐射X射线形貌分析证实SOI外延上氮化镓的应力消除机制是在器件硅层上形成位错网络。埋氧层显著改善了垂直漏电的特性，因为击穿开始延迟了约400V。这些结果都证实了具有氮化镓层的SOI是适用于电力电子应用的衬底。
从结果上来看，我们可以认为BOX层显著改善了垂直漏电的特性。目前，Okmetic正在与多个合作伙伴进行研究合作，以进一步开发氮化镓的高电阻率。其研究成果将于第二季度公布。
