Galliumnitride vermogenselektronica is voornamelijk ontwikkeld rond laterale HEMT-architecturen. Deze apparaten zijn steeds belangrijker geworden in snelladers, servervoedingen, motorbesturingen en andere hoogfrequente vermogenselektronica-toepassingen.

In 2026 neemt echter de interesse in verticale GaN toe.

Het belangrijkste verschil is de richting van de stroom.

In een conventionele laterale GaN HEMT stroomt de stroom voornamelijk langs het oppervlak van de epitaxiale structuur. In een verticaal apparaat stroomt de stroom door de dikte van de halfgeleider.

Deze verandering kan GaN in staat stellen om naar hogere spanningen en hogere stromen te gaan zonder de laterale chipoppervlakte continu te vergroten.

De uitdaging is het substraat.

Waarom Verticale GaN Traditioneel Native GaN Nodig Had

Verticale vermogenselektronica vereist dat de stroom door de epitaxiale structuur naar het contact aan de achterkant gaat.

Bulk GaN-substraten zijn zeer geschikt voor deze architectuur omdat het substraat en de epitaxiale laag in essentie hetzelfde kristalsysteem delen.

Dit kan zorgen voor:

• lagere dichtheid van doorlopende dislocaties;

• verbeterde epitaxiale compatibiliteit;

• een direct verticaal geleidingspad;

• verminderde spanning door rooster-mismatch;

• betere ondersteuning voor dikke hoogspannings-driftlagen.

Echter, native GaN-substraten blijven aanzienlijk kleiner en duurder dan mainstream siliciumwafers.

Dit beperkt het economische voordeel van verticale GaN voor massamarkt-vermogenelektronica.

Als verticale GaN in plaats daarvan op grote siliciumwafers kon worden gefabriceerd, konden de economische aspecten aanzienlijk veranderen.

Het Probleem Met Conventionele GaN-op-Si Buffers

GaN direct op silicium laten groeien is moeilijk.

GaN en silicium hebben verschillende roosterconstanten en thermische uitzettingscoëfficiënten.

Als gevolg hiervan vereisen conventionele GaN-op-Si structuren normaal gesproken ontworpen buffeerlagen om te controleren:

• spanning;

• scheurvorming;

• dislocaties;

• wafer kromming;

• elektrische isolatie.

Deze buffeerlagen werken goed voor laterale apparaten.

Voor verticale apparaten kan een zeer resistieve buffer echter een groot probleem worden omdat de stroom door de structuur moet gaan.

Dezelfde laag die een laterale GaN-transistor helpt isoleren, kan de verticale stroom blokkeren.

Dit is waarom de engineering van buffers met lage weerstand een belangrijke onderzoeksrichting wordt.

Een Nieuwe Interlayer-aanpak met Lage Weerstand

In 2026 rapporteerden onderzoekers uit Japan een nieuwe aanpak voor het laten groeien van GaN op Si(111) met behulp van een extreem dunne amorfe-achtige interlayer.

De methode vormt een interlayer van ongeveer sub-nanometer schaal tussen silicium en GaN die helpt de rooster-mismatch op te vangen en tegelijkertijd een lage verticale elektrische weerstand behoudt.

De onderzoekers demonstreerden dat de aanpak de daaropvolgende MOCVD GaN-groei kon ondersteunen met behoud van robuuste thermische stabiliteit en verticale stroomgeleiding.

De significantie is niet zomaar een andere GaN-bufferlaagstructuur.

Het pakt een van de centrale tegenstrijdigheden aan in verticale GaN-op-Si:

de interface moet kristalmismatch absorberen zonder een elektrische barrière te worden.

Als dergelijke structuren betrouwbaar kunnen worden opgeschaald, kunnen ze silicium een praktischer platform maken voor verticale GaN-apparaten.

200 mm Silicium Maakt het Concept Interessanter

Silicium biedt één groot voordeel dat native GaN nog niet economisch kan bieden:

infrastructuur voor halfgeleiders met grote diameter.

200 mm siliciumfabrieken bevatten al volwassen apparatuur voor:

• lithografie;

• implantatie;

• metalliseren;

• inspectie;

• wafer handling;

• geautomatiseerde procescontrole.

Onderzoek gepubliceerd in 2026 demonstreerde lawinegedrag in pseudo-verticale GaN p-n diodes gefabriceerd met GaN-epitaxie op 200 mm siliciumsubstraten. De apparaten bereikten ongeveer 805 V zonder speciale randafsluiting, wat illustreert hoe GaN-op-Si onderzoek begint voorbij traditionele laterale transistorstructuren te gaan.

Dit betekent niet dat verticale GaN-op-Si klaar is om bestaande GaN- of SiC-platforms te vervangen.

Maar het demonstreert waarom onderzoekers manieren blijven onderzoeken om verticale GaN-apparaatfysica te combineren met de economie van grote siliciumwafers.

Verticale GaN Gaat Ook Naar Systeemtesten

Een andere belangrijke verandering in 2026 is dat verticale GaN verder gaat dan individuele testapparaten.

Onderzoekers demonstreerden een 10,4 kW driefasige omvormer met verticale GaN trench MOSFETs.

Het werk identificeerde ook betrouwbaarheidsproblemen met betrekking tot verschuiving van de drempelspanning en verhoogde on-weerstand, wat het belang van het verbeteren van de MOS-interface en het p-body ontwerp benadrukt.

Dit is een belangrijke fase van technologieontwikkeling.

Laboratorium doorslagspanning alleen bewijst niet dat een vermogenshalfgeleider klaar is voor praktische systemen.

Echte omvormers stellen apparaten bloot aan:

• schakelspanning;

• temperatuurschommelingen;

• hoge stroom;

• gate spanning;

• transiënte spanning;

• onevenwichtigheid tussen parallelle apparaten.

Systeemdemonstraties onthullen betrouwbaarheidsproblemen die mogelijk niet verschijnen in eenvoudige wafer-niveau metingen.

Waarom de GaN-wafer Nog Steeds Belangrijk Is

Of verticale GaN nu op native GaN of silicium wordt gefabriceerd, de waferkwaliteit blijft fundamenteel.

Belangrijke parameters zijn:

• dichtheid van doorlopende dislocaties;

• wafer kromming en vervorming;

• uniformiteit van de epitaxiale dikte;

• uniformiteit van de driftlaag doping;

• oppervlakteruwheid;

• scheurdichtheid;

• compatibiliteit van het contact aan de achterkant.

Voor hoogspannings verticale apparaten worden dikke GaN-driftlagen bijzonder belangrijk.

Kleine variaties in dikte of doping kunnen leiden tot variaties in doorslagspanning en on-weerstand over de wafer.

Dit betekent dat de productie van verticale GaN niet alleen een goede transistorstructuur vereist, maar ook extreem consistente epitaxiaal materiaal.

Native GaN Zal Nog Steeds een Voordeel Hebben

GaN-op-silicium onderzoek mag niet worden geïnterpreteerd als bewijs dat native GaN-substraten overbodig worden.

Native GaN blijft aantrekkelijk voor de hoogst presterende verticale apparaten omdat het een zeer lage defectdichtheid en uitstekende kristalcompatibiliteit kan bieden.

2026-beoordelingen van verticale GaN-technologie blijven native GaN identificeren als een belangrijk platform voor hoogspanningswerking, terwijl ze ook de substraatkosten benadrukken als een belangrijk obstakel voor brede commercialisering.

De markt kan zich daarom langs twee paden ontwikkelen.

Native GaN zou veeleisende toepassingen kunnen bedienen waar materiaal van hoge kwaliteit de hogere substraatkosten rechtvaardigt.

GaN-op-Si zou zich kunnen richten op toepassingen met een hoog volume waar productieschaal en kosten belangrijker zijn.

De Volgende Vraag Is Productie-opbrengst

Verticale GaN heeft al indrukwekkende laboratoriumprestaties laten zien.

De volgende uitdaging is niet simpelweg het behalen van een nieuw record voor doorslagspanning.

De industrie moet bepalen of verticale apparaten kunnen worden geproduceerd met:

• stabiele wafer-naar-wafer epitaxie;

• acceptabele defectdichtheid;

• reproduceerbare MOS-interfaces;

• hoge apparaatopbrengst;

• langdurige betrouwbaarheid;

• concurrerende kosten.

Als de low-resistance GaN-op-Si buffertechnologie blijft verbeteren, kan silicium uiteindelijk een brug bieden tussen geavanceerde GaN-apparaatfysica en grootschalige waferproductie.

Dat maakt verticale GaN-op-Si een van de meest interessante GaN-waferontwikkelingen om in de gaten te houden na 2026.