Нитрид галлия силовые устройства в основном разрабатывались на основе латеральных архитектур HEMT. Эти устройства становятся все более важными в быстрых зарядных устройствах, источниках питания серверов, приводах двигателей и других высокочастотных приложениях преобразования мощности.

Однако в 2026 году интерес к вертикальному GaN растет.

Ключевое отличие заключается в направлении потока тока.

В обычном латеральном GaN HEMT ток проходит в основном вдоль поверхности эпитаксиальной структуры. В вертикальном устройстве ток проходит через толщину полупроводника.

Это изменение может позволить GaN перейти к более высоким уровням напряжения и тока без постоянного увеличения площади латерального кристалла.

Проблема заключается в подложке.

Почему вертикальный GaN традиционно нуждался в нативном GaN

Вертикальные силовые устройства требуют, чтобы ток проходил через эпитаксиальную структуру к заднему контакту.

Массивные подложки GaN хорошо подходят для этой архитектуры, поскольку подложка и эпитаксиальный слой имеют практически одинаковую кристаллическую систему.

Это может обеспечить:

• более низкую плотность дислокаций насквозь;

• улучшенную эпитаксиальную совместимость;

• прямой вертикальный путь проводимости;

• снижение напряжения из-за несоответствия решеток;

• лучшую поддержку толстых дрейфовых слоев высокого напряжения.

Однако нативные подложки GaN остаются значительно меньше и дороже, чем основные кремниевые пластины.

Это ограничивает экономическое преимущество вертикального GaN для массовой силовой электроники.

Если бы вертикальный GaN мог быть изготовлен на больших кремниевых пластинах, экономика могла бы существенно измениться.

Проблема с традиционными буферными слоями GaN на кремнии

Выращивание GaN непосредственно на кремнии затруднительно.

GaN и кремний имеют разные постоянные решетки и коэффициенты теплового расширения.

В результате традиционные структуры GaN на кремнии обычно требуют специально разработанных буферных слоев для контроля:

• напряжения;

• растрескивания;

• дислокаций;

• изгиба пластины;

• электрической изоляции.

Эти буферные слои хорошо работают для латеральных устройств.

Однако для вертикальных устройств высокоомный буфер может стать серьезной проблемой, поскольку ток должен проходить через структуру.

Тот же слой, который помогает изолировать латеральный транзистор GaN, может блокировать вертикальный поток тока.

Именно поэтому разработка низкоомных буферных слоев становится важным направлением исследований.

Новый подход с низкоомным промежуточным слоем

В 2026 году исследователи из Японии сообщили о новом подходе к выращиванию GaN на Si(111) с использованием чрезвычайно тонкого аморфного промежуточного слоя.

Метод формирует промежуточный слой размером примерно до нанометра между кремнием и GaN, который помогает компенсировать несоответствие решеток, сохраняя при этом низкое вертикальное электрическое сопротивление.

Исследователи продемонстрировали, что подход может поддерживать последующее выращивание GaN методом MOCVD, сохраняя при этом надежную термическую стабильность и вертикальную проводимость тока.

Значение заключается не просто в еще одной структуре буферного слоя GaN.

Он решает одно из центральных противоречий в вертикальном GaN на кремнии:

интерфейс должен поглощать несоответствие кристаллов, не становясь электрическим барьером.

Если такие структуры могут быть надежно масштабированы, они могут сделать кремний более практичной платформой для вертикальных устройств GaN.

200-мм кремний делает концепцию более интересной

Кремний предлагает одно существенное преимущество, которое нативный GaN пока не обеспечивает экономически:

инфраструктура крупнодиаметровых полупроводников.

200-мм кремниевые фабрики уже имеют зрелое оборудование для:

• литографии;

• имплантации;

• металлизации;

• инспекции;

• обработки пластин;

• автоматизированного контроля процессов.

Исследования, опубликованные в 2026 году, продемонстрировали лавинное поведение в псевдовертикальных p-n диодах GaN, изготовленных с использованием эпитаксии GaN на 200-мм кремниевых подложках. Устройства достигли примерно 805 В без специальной краевой терминации, иллюстрируя, как исследования GaN на кремнии начинают выходить за рамки традиционных латеральных транзисторных структур.

Это не означает, что вертикальный GaN на кремнии готов заменить существующие платформы GaN или SiC.

Но это демонстрирует, почему исследователи продолжают изучать способы объединения физики вертикальных устройств GaN с экономикой крупноформатных кремниевых пластин.

Вертикальный GaN также переходит к тестированию на уровне системы

Еще одно важное изменение в 2026 году заключается в том, что вертикальный GaN выходит за рамки отдельных тестовых устройств.

Исследователи продемонстрировали трехфазный инвертор мощностью 10,4 кВт, использующий вертикальные транзисторы GaN с траншейной структурой.

Работа также выявила проблемы надежности, связанные с изменением порогового напряжения и увеличением сопротивления во включенном состоянии, подчеркивая важность улучшения MOS-интерфейса и конструкции p-области.

Это важный этап развития технологии.

Лабораторное напряжение пробоя само по себе не доказывает, что силовой полупроводник готов для практических систем.

Реальные инверторы подвергают устройства воздействию:

• переключающих нагрузок;

• температурных циклов;

• высокого тока;

• нагрузки на затвор;

• переходного напряжения;

• несоответствия параллельных устройств.

Демонстрации на уровне системы выявляют проблемы надежности, которые могут не проявляться при простых измерениях на уровне пластин.

Почему подложка GaN по-прежнему важна

Независимо от того, изготавливается ли вертикальный GaN на нативном GaN или на кремнии, качество подложки остается фундаментальным.

Важные параметры включают:

• плотность дислокаций насквозь;

• изгиб и коробление пластины;

• равномерность толщины эпитаксиального слоя;

• равномерность легирования дрейфового слоя;

• шероховатость поверхности;

• плотность трещин;

• совместимость заднего контакта.

Для высоковольтных вертикальных устройств особенно важны толстые дрейфовые слои GaN.

Небольшие вариации толщины или легирования могут привести к вариациям напряжения пробоя и сопротивления во включенном состоянии по всей пластине.

Это означает, что производство вертикального GaN требует не только хорошей структуры транзистора, но и чрезвычайно стабильного эпитаксиального материала.

Нативный GaN по-прежнему будет иметь преимущество

Исследования GaN на кремнии не следует интерпретировать как доказательство того, что нативные подложки GaN становятся ненужными.

Нативный GaN остается привлекательным для вертикальных устройств с наивысшей производительностью, поскольку он может обеспечить очень низкую плотность дефектов и превосходную кристаллическую совместимость.

Обзоры технологии вертикального GaN за 2026 год продолжают определять нативный GaN как важную платформу для высоковольтной работы, одновременно подчеркивая стоимость подложки как основное препятствие для широкой коммерциализации.

Таким образом, рынок может развиваться по двум путям.

Нативный GaN может использоваться в требовательных приложениях, где качество материала оправдывает более высокую стоимость подложки.

GaN на кремнии может быть нацелен на высокообъемные приложения, где масштаб производства и стоимость более важны.

Следующий вопрос — выход годных изделий

Вертикальный GaN уже продемонстрировал впечатляющие лабораторные характеристики.

Следующая задача — не просто достижение нового рекорда по напряжению пробоя.

Отрасль должна определить, могут ли вертикальные устройства производиться с:

• стабильной эпитаксией от пластины к пластине;

• приемлемой плотностью дефектов;

• воспроизводимыми MOS-интерфейсами;

• высоким выходом годных устройств;

• долгосрочной надежностью;

• конкурентоспособной стоимостью.

Если технология буферных слоев GaN на кремнии с низким сопротивлением продолжит совершенствоваться, кремний в конечном итоге может обеспечить мост между передовой физикой устройств GaN и высокообъемным производством пластин.

Это делает вертикальный GaN на кремнии одним из самых интересных разработок в области подложек GaN, за которыми стоит следить после 2026 года.