Epi-Wafer von Allos Semiconductor GaN-auf-Si für 1200 V in Sicht

Die neuen GaN-auf-Si-Epi-Waver von Allos Semiconductor schaffen nun eine Durchbruchspannung von 1400 V.
Die neuen GaN-auf-Si-Epi-Waver von Allos Semiconductor schaffen nun eine Durchbruchspannung von 1400 V.

Allos Semiconductor aus Dresden hat Prototypen einer 1200-V-Plattform für GaN-auf-Si-Epi-Wafer vorgestellt. Messungen am Forschungsinstitut IEMN zeigten, dass die Durchbruchspannung bei 1400 V liegt. Das könnte aus Kostensicht ein Konkurrent für SiC werden.

Ein Team rund um Dr. Farid Medjdoub vom französischen Forschungsinstitut IEMN hat zwei verschiedene GaN-auf-Si-Epi-Waferprodukte von Allos Semiconductor getestet. Zum einen handelt es sich um Prototypen für 1200-V-Bausteine, bei dem anderen um den etablierten 600-V-Epi-Wafer. Für den Epitaxieprozess nutzte das Unternehmen einen Standard-MOVDC-Reaktor vom Typ Aixtron G5.

Während der 600-V-Typ auf Durchbruchspannungen von 1200 V sowohl in vertikaler als auch in lateraler Richtung kam, erreichten die 1200-V-Epi-Wafer Werte von 1400 V in vertikaler und 1600 V in lateraler Richtung (Substrat auf Masse; Bild 1a und 1b). »Dies zeigt, dass wir mit unserer Entwicklung für den 1200-V-Bereich auf einem guten Weg sind«, freut sich Dr. Atsushi Nishikawa, der CTO von Allos. Dr. Medjdoub resümiert: »Die Kenndaten der Bauteile sind über den Wafer sehr gleichmäßig verteilt. Dies ist ein sehr wichtiges Charakteristikum für die Qualifizierung der Bauteilfertigung.«

Diese Ergebnisse seien laut Allos auf das besondere mechanische Stress-Management zurückzuführen in Verbindung mit hoher Kristallqualität sowie zusätzlicher Maßnahmen, um Leckströme zu verhindern und die Durchbruchspannung weiter zu erhöhen. Der Leckstrom liegt bei 0,033 µA/mm² bei 1000 V. Dabei musste das Unternehmen nicht bei anderen wichtigen Parametern, wie Wafer-Durchbiegung (unter 30µm), Abstriche machen und kam auch ohne Kohlenstoffdotierung aus. Eine solche Dotierung nutzen GaN-auf-Si-Hersteller oft, um die Isolierfähigkeit zu erhöhen. Allerdings beeinträchtigt es die Kristallqualität und das dynamische Schaltverhalten.

Neben der Messung mit Substrat auf Masse charakterisierte das IEMN die Wafer auch mit einem »floatenden« Substrat. Dabei maßen sie Forscher eine Durchbruchspannung von über 2000 V in lateraler Richtung bei 12 µm Kontaktabstand (Bild 1c). Bild 1d zeigt, dass sich die Durchbruchspannung ab einem Kontaktabstand von 12 µm nicht mehr vergrößert, bei einem Kontaktabstand von 4 µm liegt der Wert aber bereits bei über 1100 V.

Allos Semiconductor wird keine fertigen GaN-Leistungshalbleiter fertigen, sondern will auch weiterhin nur Epi-Wafer. »Daher suchen wir nach einer Kooperation mit einem erfahrenen Spieler aus der Leistungselektronik«, so der CEO des Unternehmens Burkhard Slischka, »um die Möglichkeiten für die Nutzung von GaN-auf-Si für deren 1200-V-Anwendungen zu erkunden.«