Kommentar GaN wird langsam erwachsen

Ralf Higgelke, Desgin&Elektronik
Ralf Higgelke, Desgin&Elektronik

Die Einführung jeder neuen Technologie hat so seine Tücken. Das ist auch bei Galliumnitrid für Leistungsschalter nicht anders. Ralf Higgelke, Redakteur der Design&Elektronik, blickt zurück und stellt aktuelle Entwicklungen vor.

An die GaN-Anfänge kann ich mich noch gut erinnern: Es war zur electronica 2008, kurz vor Beginn der Finanzkrise, als International Rectifier die erste Prozessplattform für Galliumnitrid auf Siliziumwafern für die Leistungselektronik vorstellte. Damals hatte das Unternehmen bereits etwa fünf Jahre daran geforscht. Dass nach einer solchen Ankündigung bis zum Serienanlauf erster Produkte einige Zeit vergeht, ist normal. Und so meldeten wir anderthalb Jahre später im April 2010, das erste Produkt – ein Aufwärtswandler für 12 V mit Schaltern aus diesem Halbleitermaterial – sei zur Produktion freigegeben.

Seinerzeit konnten wir nicht ahnen, dass es bis zum realen Serieneinsatz solcher Produkte noch ein weiter, schwerer und steiniger Weg sein würde. Erst im Juni 2013, also noch einmal drei Jahre später, gab das Unternehmen bekannt, dass in einem Heimkinosystem von Samsung tatsächlich GaN-auf-Silizium-Bausteine zum Einsatz kommen.

Warum dieser Weg so lang war, erklärt der GaN-Chefentwickler bei International Rectifier nun in seinem Beitrag »GaN-Bauteile wirtschaftlich fertigen«. Seiner Ansicht nach war die größte Herausforderung, den Epitaxieprozess so in den Griff zu bekommen, dass die Ausbeute und die Kosten in einem vernünftigem Zielkorridor liegen. Und je größer die Sperrspannung, des­to dicker – und damit kostenintensiver – muss die Epitaxieschicht sein. Daher hat der Baustein, der in dem Heimkinosystem zum Einsatz kommt, eine Sperrspannung von 200 V.

Nun hat Panasonic jedoch einen GaN-Transistortyp vorgestellt, der – anders als IRs Bausteine – nicht nur selbstsperrend ist wie herkömmliche MOSFETs, sondern auch mit Sperrspannungen bis 600 V aufwarten kann. Das konnten bislang nur die Bausteine von Transphorm. Damit könnte Panasonics Bauteil ein echter Konkurrent zu Silizium-MOSFETs werden – und es soll noch dieses Jahr in Serie gehen. Chefentwickler Howard Sin erklärt in seinem Beitrag »Echte Alternative zum MOSFET«, wie der Baustein funktioniert.

Insgesamt kann man die GaN-Landschaft inzwischen als sehr lebendig bezeichnen. So beziffern die Marktforscher von Yole Développment den Umsatz mit solchen Bauteilen bis 2019 auf bis zu 1  Milliarde Dollar und mutmaßen, dass bis 2014 etwa ein Dutzend neue Anbieter den Markt für GaN-Smart-Power-Bausteine betreten werden. Viele dieser Anbieter werden sicher auf der PCIM, die vom 20. bis 22. Mai in Nürnberg stattfindet, ihre neuesten Entwicklungen vorstellen. Man sieht: GaN wird langsam erwachsen!