Galyum nitrür güç cihazları öncelikli olarak yanal HEMT mimarileri etrafında gelişmiştir. Bu cihazlar hızlı şarj cihazlarında, sunucu güç kaynaklarında, motor sürücülerinde ve diğer yüksek frekanslı güç dönüştürme uygulamalarında giderek daha önemli hale gelmiştir.

Ancak 2026'da, dikey GaN ilgisi artmaktadır.

Temel fark akım akış yönüdür.

Geleneksel bir yanal GaN HEMT'de akım esas olarak epitaksi yapısının yüzeyi boyunca akar. Dikey bir cihazda akım yarı iletkenin kalınlığı boyunca akar.

Bu değişiklik, yanal çip alanını sürekli artırmadan GaN'nin daha yüksek voltaj ve daha yüksek akım seviyelerine doğru hareket etmesine izin verebilir.

Zorluk substrattır.

Dikey GaN'nin Geleneksel Olarak Yerli GaN'ye Neden İhtiyaç Duyduğu

Dikey güç cihazları, akımın epitaksi yapısından arka kontaklara doğru geçmesini gerektirir.

Toplu GaN substratları bu mimari için çok uygundur çünkü substrat ve epitaksi katmanı temelde aynı kristal sistemi paylaşır.

Bu şunları sağlayabilir:

• daha düşük iplikçik dislokasyon yoğunluğu;

• geliştirilmiş epitaksi uyumluluğu;

• doğrudan dikey iletim yolu;

• azaltılmış kafes uyumsuzluğu stresi;

• kalın yüksek voltajlı sürüklenme katmanları için daha iyi destek.

Ancak, yerli GaN substratları ana akım silikon gofretlerinden önemli ölçüde daha küçük ve daha pahalı kalmaktadır.

Bu, dikey GaN'nin seri üretim güç elektroniği için ekonomik avantajını sınırlar.

Eğer dikey GaN bunun yerine büyük silikon gofretleri üzerinde üretilebilirse, ekonomi önemli ölçüde değişebilir.

Geleneksel GaN-on-Si Tamponlarının Sorunu

Doğrudan silikon üzerine GaN büyütmek zordur.

GaN ve silikon farklı kafes sabitlerine ve termal genleşme katsayılarına sahiptir.

Sonuç olarak, geleneksel GaN-on-Si yapıları normalde şunları kontrol etmek için tasarlanmış tampon katmanları gerektirir:

• stres;

• çatlama;

• dislokasyonlar;

• gofret eğriliği;

• elektriksel izolasyon.

Bu tampon katmanları yanal cihazlar için iyi çalışır.

Ancak dikey cihazlar için, yüksek dirençli bir tampon, akımın yapıdan geçmesi gerektiği için büyük bir sorun haline gelebilir.

Yanal bir GaN transistörünü izole etmeye yardımcı olan aynı katman, dikey akım akışını engelleyebilir.

Bu nedenle düşük dirençli tampon mühendisliği önemli bir araştırma yönü haline gelmektedir.

Yeni Bir Düşük Dirençli Ara Katman Yaklaşımı

2026'da Japonya'dan araştırmacılar, son derece ince amorf benzeri bir ara katman kullanarak Si(111) üzerine GaN büyütmek için yeni bir yaklaşım bildirdiler.

Yöntem, silikon ve GaN arasına yaklaşık olarak nanometre altı ölçekte bir ara katman oluşturur ve bu, kafes uyumsuzluğunu karşılarken düşük dikey elektriksel direnci korumaya yardımcı olur.

Araştırmacılar, yaklaşımın sağlam termal stabiliteyi ve dikey akım iletimini korurken sonraki MOCVD GaN büyümesini destekleyebildiğini gösterdiler.

Önem, sadece başka bir GaN tampon katmanı yapısı değildir.

Dikey GaN-on-Si'deki temel çelişkilerden birini ele almaktadır:

arayüz, kristal uyumsuzluğunu elektriksel bir bariyer olmadan emmelidir.

Bu tür yapılar güvenilir bir şekilde ölçeklendirilebilirse, silikonu dikey GaN cihazları için daha pratik bir platform haline getirebilirler.

200 mm Silikon Kavramı Daha İlginç Hale Getiriyor

Silikon, yerli GaN'nin henüz ekonomik olarak sağlamadığı büyük bir avantaj sunar:

büyük çaplı yarı iletken altyapısı.

200 mm silikon fabrikaları zaten olgun ekipmanlara sahiptir:

• litografi;

• implantasyon;

• metalizasyon;

• denetim;

• gofret taşıma;

• otomatik proses kontrolü.

2026'da yayınlanan araştırmalar, 200 mm silikon gofretler üzerinde GaN epitaksisi kullanılarak üretilen sözde dikey GaN p-n diyotlarında çığ davranışını gösterdi. Cihazlar, özel kenar sonlandırması olmadan yaklaşık 805 V'a ulaştı ve bu da GaN-on-Si araştırmalarının geleneksel yanal transistör yapılarının ötesine geçmeye başladığını gösteriyor.

Bu, dikey GaN-on-Si'nin mevcut GaN veya SiC platformlarının yerini alacağı anlamına gelmez.

Ancak, araştırmacıların neden dikey GaN cihaz fiziğini büyük silikon gofret ekonomisiyle birleştirmenin yollarını araştırmaya devam ettiğini gösteriyor.

Dikey GaN Sistem Düzeyinde Testlere de Giriyor

2026'daki bir diğer önemli değişiklik, dikey GaN'nin bireysel test cihazlarının ötesine geçmesidir.

Araştırmacılar, dikey GaN hendek MOSFET'leri kullanan 10,4 kW üç fazlı bir invertör gösterdiler.

Çalışma ayrıca eşik voltajı kayması ve artan on-direnç ile ilgili güvenilirlik sorunlarını da belirledi ve MOS arayüzünü ve p-gövde tasarımını iyileştirmenin önemini vurguladı.

Bu, teknoloji geliştirmenin önemli bir aşamasıdır.

Laboratuvar kırılma voltajı tek başına bir güç yarı iletkeninin pratik sistemler için hazır olduğunu kanıtlamaz.

Gerçek invertörler cihazları şunlara maruz bırakır:

• anahtarlama stresi;

• sıcaklık döngüleri;

• yüksek akım;

• kapı stresi;

• geçici voltaj;

• paralel cihaz dengesizliği.

Sistem düzeyinde gösterimler, basit gofret düzeyinde ölçümlerde görünmeyebilecek güvenilirlik sorunlarını ortaya çıkarır.

GaN Gofretinin Hala Neden Önemli Olduğu

Dikey GaN yerli GaN veya silikon üzerinde üretilsin, gofret kalitesi temel olmaya devam eder.

Önemli parametreler şunları içerir:

• iplikçik dislokasyon yoğunluğu;

• gofret eğriliği ve bükülmesi;

• epitaksi kalınlığı tekdüzeliği;

• sürüklenme katmanı doping tekdüzeliği;

• yüzey pürüzlülüğü;

• çatlak yoğunluğu;

• arka kontak uyumluluğu.

Yüksek voltajlı dikey cihazlar için, kalın GaN sürüklenme katmanları özellikle önemli hale gelir.

Kalınlık veya dopingdeki küçük varyasyonlar, gofret boyunca kırılma voltajı ve on-dirençteki varyasyonlara dönüşebilir.

Bu, dikey GaN üretiminin yalnızca iyi bir transistör yapısı değil, aynı zamanda son derece tutarlı epitaksi malzemesi gerektirdiği anlamına gelir.

Yerli GaN Hala Avantajlı Olacak

GaN-on-silicon araştırması, yerli GaN substratlarının gereksiz hale geldiğine dair bir kanıt olarak yorumlanmamalıdır.

Yerli GaN, çok düşük kusur yoğunluğu ve mükemmel kristal uyumluluğu sağlayabildiği için en yüksek performanslı dikey cihazlar için cazip kalmaktadır.

2026'da yapılan dikey GaN teknolojisi incelemeleri, yerli GaN'yi yüksek voltajlı çalışma için önemli bir platform olarak tanımlamaya devam ederken, aynı zamanda substrat maliyetini geniş ticarileşmenin önündeki büyük bir engel olarak vurgulamaktadır.

Bu nedenle pazar iki yolda gelişebilir.

Yerli GaN, malzeme kalitesinin daha yüksek substrat maliyetini haklı çıkardığı zorlu uygulamalara hizmet edebilir.

GaN-on-Si, üretim ölçeği ve maliyetin daha önemli olduğu yüksek hacimli uygulamaları hedefleyebilir.

Bir Sonraki Soru Üretim Verimliliği

Dikey GaN zaten etkileyici laboratuvar performansı gösterdi.

Bir sonraki zorluk sadece başka bir kırılma voltajı rekoru kırmak değildir.

Endüstrinin dikey cihazların şunlarla üretilip üretilemeyeceğini belirlemesi gerekiyor:

• kararlı gofret-gofret epitaksisi;

• kabul edilebilir kusur yoğunluğu;

• tekrarlanabilir MOS arayüzleri;

• yüksek cihaz verimliliği;

• uzun vadeli güvenilirlik;

• rekabetçi maliyet.

Düşük dirençli GaN-on-Si tampon teknolojisi gelişmeye devam ederse, silikon nihayetinde gelişmiş GaN cihaz fiziği ile yüksek hacimli gofret üretimi arasında bir köprü sağlayabilir.

Bu, dikey GaN-on-Si'yi 2026 sonrası izlenecek en ilginç GaN gofret gelişmelerinden biri haline getiriyor.