Nitruro de galio los dispositivos de potencia se han desarrollado principalmente en torno a arquitecturas HEMT laterales. Estos dispositivos se han vuelto cada vez más importantes en cargadores rápidos, fuentes de alimentación de servidores, variadores de motor y otras aplicaciones de conversión de potencia de alta frecuencia.
Sin embargo, en 2026, el interés en GaN vertical está aumentando.
La diferencia clave es la dirección del flujo de corriente.
En un HEMT de GaN lateral convencional, la corriente viaja principalmente a lo largo de la superficie de la estructura epitaxial. En un dispositivo vertical, la corriente viaja a través del espesor del semiconductor.
Este cambio puede permitir que el GaN se mueva hacia niveles de voltaje y corriente más altos sin aumentar continuamente el área lateral del chip.
El desafío es el sustrato.
Por qué el GaN vertical ha necesitado tradicionalmente GaN nativo
Los dispositivos de potencia verticales requieren que la corriente pase a través de la estructura epitaxial hacia el contacto posterior.
Los sustratos de GaN a granel se adaptan bien a esta arquitectura porque el sustrato y la capa epitaxial comparten esencialmente el mismo sistema cristalino.
Esto puede proporcionar:
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menor densidad de dislocaciones de hilo;
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mejor compatibilidad epitaxial;
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una ruta de conducción vertical directa;
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menor estrés de desajuste de red;
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mejor soporte para capas de deriva gruesas de alto voltaje.
Sin embargo, los sustratos de GaN nativo siguen siendo considerablemente más pequeños y caros que las obleas de silicio convencionales.
Esto limita la ventaja económica del GaN vertical para la electrónica de potencia de mercado masivo.
Si el GaN vertical pudiera fabricarse en obleas de silicio grandes, la economía podría cambiar sustancialmente.
El problema con los buffers convencionales de GaN sobre Si
Crecer GaN directamente sobre silicio es difícil.
El GaN y el silicio tienen diferentes constantes de red y coeficientes de expansión térmica.
Como resultado, las estructuras convencionales de GaN sobre Si normalmente requieren capas buffer diseñadas para controlar:
Estas capas buffer funcionan bien para dispositivos laterales.
Sin embargo, para dispositivos verticales, un buffer altamente resistivo puede convertirse en un problema importante porque la corriente necesita pasar a través de la estructura.
La misma capa que ayuda a aislar un transistor de GaN lateral puede bloquear el flujo de corriente vertical.
Es por eso que la ingeniería de buffers de baja resistencia se está convirtiendo en una dirección de investigación importante.
Un nuevo enfoque de intercapa de baja resistencia
En 2026, investigadores de Japón informaron un nuevo enfoque para cultivar GaN sobre Si(111) utilizando una intercapa extremadamente delgada similar a la amorfa.
El método forma una intercapa de aproximadamente subnanométrica entre el silicio y el GaN que ayuda a acomodar el desajuste de red mientras mantiene una baja resistencia eléctrica vertical.
Los investigadores demostraron que el enfoque podría soportar el crecimiento posterior de GaN MOCVD manteniendo una robusta estabilidad térmica y conducción de corriente vertical.
La importancia no es simplemente otra estructura de capa buffer de GaN.
Aborda una de las contradicciones centrales en el GaN vertical sobre Si:
la interfaz debe absorber el desajuste cristalino sin convertirse en una barrera eléctrica.
Si tales estructuras pueden escalarse de manera confiable, podrían hacer del silicio una plataforma más práctica para dispositivos de GaN vertical.
El silicio de 200 mm hace que el concepto sea más interesante
El silicio ofrece una gran ventaja que el GaN nativo aún no proporciona económicamente:
infraestructura de semiconductores de gran diámetro.
Las fábricas de silicio de 200 mm ya contienen equipos maduros para:
Investigaciones publicadas en 2026 demostraron comportamiento de avalancha en diodos p-n de GaN pseudo-verticales fabricados utilizando epitaxia de GaN sobre sustratos de silicio de 200 mm. Los dispositivos alcanzaron aproximadamente 805 V sin terminación de borde dedicada, lo que ilustra cómo la investigación de GaN sobre Si está comenzando a ir más allá de las estructuras de transistores laterales tradicionales.
Esto no significa que el GaN vertical sobre Si esté listo para reemplazar las plataformas de GaN o SiC existentes.
Pero demuestra por qué los investigadores continúan investigando formas de combinar la física de dispositivos de GaN vertical con la economía de obleas de silicio grandes.
El GaN vertical también se está moviendo a pruebas a nivel de sistema
Otro cambio importante en 2026 es que el GaN vertical se está moviendo más allá de los dispositivos de prueba individuales.
Los investigadores demostraron un inversor trifásico de 10.4 kW utilizando MOSFETs de zanja de GaN vertical.
El trabajo también identificó problemas de confiabilidad relacionados con el cambio de voltaje de umbral y el aumento de la resistencia en encendido, lo que resalta la importancia de mejorar la interfaz MOS y el diseño del cuerpo p.
Esta es una etapa importante del desarrollo tecnológico.
El voltaje de ruptura de laboratorio por sí solo no demuestra que un semiconductor de potencia esté listo para sistemas prácticos.
Los inversores reales exponen los dispositivos a:
Las demostraciones a nivel de sistema revelan problemas de confiabilidad que pueden no aparecer en mediciones simples a nivel de oblea.
Por qué la oblea de GaN todavía importa
Ya sea que el GaN vertical se fabrique en GaN nativo o silicio, la calidad de la oblea sigue siendo fundamental.
Los parámetros importantes incluyen:
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densidad de dislocaciones de hilo;
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deformación y combado de la oblea;
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uniformidad del espesor epitaxial;
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uniformidad del dopaje de la capa de deriva;
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rugosidad de la superficie;
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densidad de grietas;
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compatibilidad del contacto posterior.
Para dispositivos verticales de alto voltaje, las capas de deriva de GaN gruesas se vuelven particularmente importantes.
Pequeñas variaciones en el espesor o el dopaje pueden traducirse en variaciones en el voltaje de ruptura y la resistencia en encendido en toda la oblea.
Esto significa que la fabricación de GaN vertical requiere no solo una buena estructura de transistor, sino también un material epitaxial extremadamente consistente.
El GaN nativo todavía tendrá una ventaja
La investigación de GaN sobre silicio no debe interpretarse como evidencia de que los sustratos de GaN nativo se están volviendo innecesarios.
El GaN nativo sigue siendo atractivo para los dispositivos verticales de mayor rendimiento porque puede proporcionar una densidad de defectos muy baja y una excelente compatibilidad cristalina.
Las revisiones de 2026 de la tecnología de GaN vertical continúan identificando el GaN nativo como una plataforma importante para la operación de alto voltaje, al tiempo que enfatizan el costo del sustrato como un obstáculo importante para la comercialización generalizada.
Por lo tanto, el mercado puede desarrollarse en dos caminos.
El GaN nativo podría servir para aplicaciones exigentes donde la calidad del material justifica el mayor costo del sustrato.
El GaN sobre Si podría dirigirse a aplicaciones de alto volumen donde la escala de fabricación y el costo son más importantes.
La próxima pregunta es el rendimiento de fabricación
El GaN vertical ya ha demostrado un rendimiento impresionante en laboratorio.
El próximo desafío no es simplemente lograr otro récord de voltaje de ruptura.
La industria necesita determinar si los dispositivos verticales se pueden fabricar con:
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epitaxia estable de oblea a oblea;
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densidad de defectos aceptable;
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interfaces MOS reproducibles;
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alto rendimiento de dispositivos;
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confiabilidad a largo plazo;
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costo competitivo.
Si la tecnología de buffer de GaN de baja resistencia sobre Si continúa mejorando, el silicio puede eventualmente proporcionar un puente entre la física avanzada de dispositivos de GaN y la fabricación de obleas de alto volumen.
Eso hace que el GaN vertical sobre Si sea uno de los desarrollos de obleas de GaN más interesantes a seguir más allá de 2026.
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