Polierte Siliziumwafer sind aufgrund ihrer Kosteneffizienz und guten Verfügbarkeit im Vergleich zu Alternativen wie Siliziumkarbid (SiC) und Saphir eine gängige Lösung für das Wachstum von GaN. SOI-Wafer gewinnen jedoch aufgrund ihrer überlegenen Bauelementisolierung, reduzierten parasitären Kapazität und verbesserten thermischen Stabilität zunehmend an Bedeutung – entscheidende Vorteile für Leistungsbauelemente. Während GaN-auf-Si- und GaN-auf-SiC-Wachstumstechnologien weiterhin die etablierte Wahl für Hochleistungsanwendungen sind, entwickeln sich gebundene SOI-Strukturen zu einer vielversprechenden Alternative. Diese Strukturen bieten einen einzigartigen Vorteil bei der Geräteintegration, da sich die GaN-Wachstumstechnologien weiterentwickeln und eine effizientere und skalierbarere Geräteherstellung ermöglichen. Die jüngste Zusammenarbeit mit dem Interuniversity Microelectronics Centre (IMEC) hat vielversprechende Ergebnisse hervorgebracht, die insbesondere das Potenzial von SOI-Wafern für das GaN-Wachstum hervorheben.
Siliziumsubstrat-Wafer für das Wachstum von Galliumnitrid
Die einseitig und beidseitig polierten GaN-Substrat-Wafer von Okmetic Power sind speziell für die anspruchsvollen Anforderungen der GaN-Epitaxie ausgelegt. Diese Wafer sind so konzipiert, dass sie die Wölbung und Verformung der Wafer reduzieren und gleichzeitig die Haltbarkeit verbessern. Die Robustheit unserer Power GaN-Substrate wird durch unser Advanced Magnetic Czochralski (A-MCz®)-Kristallzuchtverfahren unterstützt, das eine ultrahochkonzentrierte Dotierung und optimierte Sauerstoff-Zwischengitterplätze (Oi) ermöglicht. Dieses Verfahren stärkt nicht nur die Gitterstruktur, sondern ermöglicht auch eine präzise Orientierungskontrolle, wodurch ein hervorragendes Spannungsmanagement gewährleistet wird.
Die auf Flexibilität ausgelegten Okmetic Power GaN-Substrate können vollständig an die spezifischen Anforderungen einer Vielzahl von GaN-Anwendungen angepasst werden. Diese Substrate sind in <111>-Orientierung erhältlich und unterstützen Hochspannungs-GaN-HEMT-Bauelemente (über 650 V) und Hochleistungs-LEDs. Für Anwendungen, die eine verbesserte Haltbarkeit erfordern, sind Dicken bis zu >1.150 µm erhältlich, um die Durchbiegung und Verformung weiter zu reduzieren. Optionale Poly- und LTO-Rückseiten bieten zusätzliche Belastbarkeit.
IMEC validiert GaN-SOI-Substratwafer für hochwertige GaN-Epitaxie
In einer aktuellen Studie von IMEC wurden die GaN-optimierten und nicht optimierten SOI-Wafer von Okmetic bewertet und ihre Auswirkungen auf das GaN-Wachstum, die Wafer-Durchbiegung und die Stabilität verglichen. IMEC hat erfolgreich einen 4,4 µm GaN-Epi-Stack auf Okmetic-Wafern gezüchtet, wobei die GaN-optimierten SOI-Wafer in Studien nach dem Wachstum eine überlegene Gleichmäßigkeit der GaN-Schicht, eine geringere Durchbiegung der Wafer und eine verbesserte elektrische Leistung zeigten. Elektrische Leistungstests von IMEC, einschließlich Puffer-Durchbruch, Hall-Messungen und Dispersionsanalysen, zeigen, dass Okmetic Power GaN SOI-Substratwafer eine vergleichbare Leistung wie branchenführende Materialien bieten, die in der Studie als Referenz dienten.
Die Studie bestätigt die Stabilität und Eignung der Power GaN SOI-Substratwafer für Hochleistungsanwendungen. Sie bieten sowohl eine hohe elektrische Zuverlässigkeit als auch eine außergewöhnliche Leistung unter Hochtemperaturbedingungen, die für die langfristige Haltbarkeit und Effizienz in anspruchsvollen Anwendungen entscheidend sind.
Spezifikationen der SOI-Substratwafer
Sowohl GaN-optimierte als auch nicht optimierte SOI-Wafer wiesen identische Spezifikationen für die Bauelement- und vergrabenen Oxidschichten sowie für die Dicke der Griffschicht auf. Beide verwendeten auch eine <111>Kristallorientierung, die für die Verbesserung der Wafer-Haltbarkeit bekannt ist. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Waferarten liegt in den GaN-optimierten SOI-Wafern, die eine höhere Dotierung und Sauerstoff-Zwischengitterkonzentration (Oi) in der Griffschicht aufweisen. Diese Optimierung verbessert die Robustheit und Stabilität des Wafers während des Hochtemperatur-GaN-Wachstumsprozesses erheblich und bietet eine ideale Plattform für die GaN-Epitaxie, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus bieten Okmetic GaN SOI-Substratwafer hervorragende Isolationseigenschaften für die monolithische GaN-Integration, wodurch parasitäre Kapazitäten und Leckströme reduziert werden – entscheidende Faktoren für Hochfrequenz- und Leistungsanwendungen.
Verbesserte Waferstabilität, elektrische Leistung und Gerätezuverlässigkeit
Die für Power GaN optimierten SOI-Wafer weisen eine außergewöhnliche Stabilität auf, zeigen minimale Wölbung, keine Kantendefekte und eine gleichbleibende GaN-Schichtqualität, wodurch die Zuverlässigkeit bei Hochtemperaturprozessen gewährleistet wird. Diese Stabilität ist für das GaN-Wachstum von entscheidender Bedeutung, da mechanische und thermische Belastungen eine Herausforderung darstellen.
Elektrische Tests bestätigen die Eignung der Wafer für leistungsstarke GaN-Geräte mit hohen Puffer-Durchbruchspannungen (750 V in Sperrrichtung, 850 V in Durchlassrichtung) und minimalen Effekten eingeschlossener Ladung, wie durch Dispersionsmessungen nachgewiesen wurde. Darüber hinaus gewährleistet die gleichmäßige AlGaN-Deckschicht mit minimalen Dickenabweichungen stabile 2DEG-Eigenschaften und eine zuverlässige Schwellenspannung in GaN-HEMTs, was die langfristige Zuverlässigkeit und Leistung in fortschrittlichen Leistungsanwendungen unterstützt.
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Weiterführende Links
👉 www.okmetic.com
Foto: Okmetic
