Schwerpunkte

Galliumnitrid: Schnell und mit Potenzial

Licht aus dem Schatten des Siliziums

23. Mai 2017, 10:32 Uhr   |  Von Dr. Rüdiger Quay, Richard Reiner, Beatrix Weiss und Dr. Patrick Waltereit

Licht aus dem Schatten des Siliziums
© Fraunhofer IAF // Shutterstock

Das Potenzial von Galliumnitrid für Anwendungen in der Leistungs- und Hochfrequenzelektronik ist groß. Ein Silizium-kompatibler Herstellungsprozess erlaubt es, mit der GaN-Technologie deutliche Leistungssteigerungen zu erreichen, ohne die Produktionskosten signifikant zu erhöhen.

Neben Silizium und Siliziumkarbid bietet der Halbleiter Galliumnitrid neuerdings die Möglichkeit, sehr gute Halbleiterschalter und -dioden herzustellen. Historische Grundlage dieser Entwicklung ist die Revolution der Lichttechnik, bei der Edisons Glühbirne durch LEDs aus dem Indium-Aluminium-Galliumnitrid-Materialsystem ersetzt wird. GaN-LEDs decken den blauen und nach Frequenzkonversion den wichtigen weißen Spektralbereich ab.

Sei es in der LED-Beleuchtung des Armaturenbretts und im Autoscheinwerfer, sei es als Hintergrundbeleuchtung der Handys, sei es als GaN-Laser im DVD-Player – die Nutzung von GaN ist weit verbreitet und wird uns in einer Vielzahl an optoelektronischen Anwendungen ohne Zweifel weiter begleiten.

Durch die Fortschritte in der Optoelektronik wurde auch der Wachstums­prozess des Halbleitersystems GaN verbessert, insbesondere durch die Abscheidung aus der Gasphase (CVD), wofür auch im Jahr 2014 der Nobelpreis in Physik vergeben wurde. Charakteristisch sind die hohen Wachstumstemperaturen für GaN-Halbleiter von bis 1200 °C, die Herausforderungen an die Anlagentechnik und deren Homogenitätseigenschaften stellen. Die Nähe zur Optoelektronik hilft auch für die weitere Entwicklung der GaN-Leistungselektronik; so wird die Anlagentechnik in beiden Feldern verbessert.

Kommerzielle elektronische Galliumnitrid-Bauelemente werden gegenwärtig als Hochfrequenzbauelemente bei Frequenzen bis 3 GHz eingesetzt, dort hauptsächlich auf semi-isolierenden SiC-Substraten mit Durchmessern von 4 bis 6 Zoll. Sie haben die Mobilfunkbasisstationen der vierten Generation erobert und Silizium-Laterally-Diffused-MOS- (LDMOS) Feldeffekttransistoren teilweise verdrängt, da sie dort die Betriebskosten und den Energiebedarf deutlich drücken. Wenn Sie heute ein LTE-Signal mit Ihrem Handy empfangen, so ist je nach Anbieter eine gewisse Wahrscheinlichkeit vorhanden, dass ein GaN-Hochfrequenz-Verstärker Ihnen das Datenpaket gesandt hat.

Die Bilder des Artikels im Überblick

Zeichnung der Struktur eines AIGaN/GaN-Bauelements auf Si-Substrat
8-Zoll-Wafer
Diagramm über Dynamische Schaltzustände und Spannungsreserven im AlGaN/GaN-Schalter.

Alle Bilder anzeigen (6)

Seite 1 von 6

1. Licht aus dem Schatten des Siliziums
2. Warum Galliumnitrid?
3. Die Herausforderungen
4. Das etwas andere Rückwärtsverhalten
5. Monolitisch integrierte Leistungsschaltkreise
6. Literatur

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Rohm stellt dritte IGBT-Generation vor
Monolithisch integrierte 600-V-GaN-Halbbrücke
SiC startet in den Massenmarkt
Entscheidend für Industrie 4.0, Robotik und Mobilität
SiC-MOSFETs richtig eindesignen
Das sind die innovativsten jungen Unternehmer Europas

Verwandte Artikel

RWTH Aachen International Academy, Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF