日本物質材料研究機構(NIMS)開發了一項在矽晶圓上形成氮化鎵(GaN)薄膜的新型緩衝層「類非晶質中間層(Amorphous-Like Intermediate Layer; AL-IL)」技術，可望成為利用低成本矽晶圓製造垂直型GaN元件的重要基礎。過去垂直型GaN元件主要採用昂貴的單晶GaN基板，但成本與量產性仍有其限制。因此，利用價格較低且可提供大尺寸製程優勢的矽晶圓作為基板成為重要方向。然而，由於矽與GaN之間存在晶格不匹配的問題，一般形成於兩者間的緩衝層具有高電阻特性，使垂直方向電流傳導受到阻礙，限制了矽基GaN元件的發展。
此次開發的新技術可在矽晶圓上成長GaN薄膜的同時，實現GaN/Si界面的低電阻垂直導電。製程方面，首先於矽晶圓表面形成厚度小於1奈米的金屬薄膜，再透過快速熱處理與濺鍍方式沉積GaN薄膜，藉此形成由矽與氮元素組成的超薄AL-IL中間層。研究結果顯示，AL-IL可有效緩解矽與GaN之間的晶格失配，促使GaN得以進行高品質磊晶成長。進一步以濺鍍GaN膜作為基底，並利用有機金屬氣相沉積法(MOCVD)成長GaN薄膜後，成功獲得高品質GaN晶層。
此外，研究團隊在GaN膜與矽基板之間製作電極並進行電流-電壓特性評估，確認電流可沿垂直方向順利傳導，呈現接近理想的導電特性。今後物質材料研究機構將進一步製作垂直型GaN LED與功率元件實際結構，評估其元件運作性能、耐壓特性、導通電阻、發光效率及可靠性等指標。此外，亦將驗證新技術在大口徑矽晶圓上的適用性，並持續推動製程最佳化，以推動矽基GaN技術朝向產業化應用發展。