Auch wenn GaN-Bauelemente seit einigen Jahren auf dem Markt verfügbar sind, sind dies nur erste Schritte. Galliumnitrid birgt noch viel Potenzial. Welche dies sind, zeigte Dr. Richard Reiner vom Fraunhofer IAF in einem Vortrag auf dem Anwenderforum Leistungshalbleiter 2021 anhand einiger Beispiele.

Während SiC-Bauelemente auf Bauteilkonzepten mit vertikaler Stromführung ähnlich wie bei Silizium basieren, sind die heute erhältlichen GaN-Bauelemente lateral beschaffen. Bei diesen Bauelementen fließt der Strom in einer AlGaN/GaN-Grenzschicht nahe der Bauteiloberfläche. Dadurch lassen sich mehrere Komponenten nebeneinander in einem Chip platzieren und verdrahten. Ganze Schaltungsteile wie Gate-Treiber, Logik, Sensoren und ganze Leistungstopologien monolithisch integriert können heute werden. Damit lässt sich das gesamte System, inklusive Regelkreis und Leistungskomponenten, in GaN realisieren.

Um die Leistungsfähigkeit der GaN-Technologie weiter zu steigern, wird momentan das neuartige Material AlScN (Aluminium-Scandium-Nitrid) am Fraunhofer IAF erforscht. Die Verbindung von AlScN/GaN erzeugt mehr freie Ladungsträger im Transistorkanal als bei bisherigen AlGaN/GaN Verbindungen. Dies führt zu deutlich höheren Durchlassströmen und kleineren Durchlasswiderständen und damit zu effizienteren Bauelementen.

Auch bei den vertikalen Bauteilkonzepten gibt es vielversprechende Neuentwicklungen (CAVETs, FinFETs …). Mit GaN lassen sich vertikale Leistungsbauelemente entwickeln, die höhere Sperrspannungen und höhere Stromdichten erzielen als die bereits etablierten lateralen GaN Bauelemente.

In diesem Vortrag verschafft Dr. Richard Reiner einen Überblick zu den aktuellen Themen und Trends in der GaN-Forschung und richtet sich an den Anwender der Halbleiter.

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