Nitreto de Gálio dispositivos de potência desenvolveram-se principalmente em torno de arquiteturas HEMT laterais. Estes dispositivos tornaram-se cada vez mais importantes em carregadores rápidos, fontes de alimentação de servidores, acionamentos de motores e outras aplicações de conversão de potência de alta frequência.

Em 2026, no entanto, o interesse em GaN vertical está a aumentar.

A principal diferença é a direção do fluxo de corrente.

Num HEMT GaN lateral convencional, a corrente viaja principalmente ao longo da superfície da estrutura epitaxial. Num dispositivo vertical, a corrente viaja através da espessura do semicondutor.

Esta mudança pode permitir que o GaN avance para níveis de tensão e corrente mais elevados sem aumentar continuamente a área lateral do chip.

O desafio é o substrato.

Por que o GaN Vertical Tradicionalmente Necessitou de GaN Nativo

Dispositivos de potência verticais requerem que a corrente passe através da estrutura epitaxial em direção ao contato traseiro.

Substratos de GaN a granel são bem adequados para esta arquitetura porque o substrato e a camada epitaxial compartilham essencialmente o mesmo sistema cristalino.

Isso pode fornecer:

• menor densidade de discordâncias de rosca;

• melhor compatibilidade epitaxial;

• um caminho de condução vertical direto;

• menor estresse de incompatibilidade de rede;

• melhor suporte para camadas de deriva de alta tensão espessas.

No entanto, substratos de GaN nativo permanecem consideravelmente menores e mais caros do que wafers de silício convencionais.

Isso limita a vantagem econômica do GaN vertical para eletrônica de potência de mercado em massa.

Se o GaN vertical pudesse ser fabricado em wafers de silício grandes, a economia poderia mudar substancialmente.

O Problema com Buffers Convencionais de GaN-on-Si

Crescer GaN diretamente em silício é difícil.

GaN e silício têm constantes de rede e coeficientes de expansão térmica diferentes.

Como resultado, estruturas convencionais de GaN-on-Si normalmente requerem camadas de buffer projetadas para controlar:

• estresse;

• rachaduras;

• discordâncias;

• arco do wafer;

• isolamento elétrico.

Essas camadas de buffer funcionam bem para dispositivos laterais.

Para dispositivos verticais, no entanto, um buffer altamente resistivo pode se tornar um grande problema porque a corrente precisa passar pela estrutura.

A mesma camada que ajuda a isolar um transistor GaN lateral pode bloquear o fluxo de corrente vertical.

É por isso que a engenharia de buffer de baixa resistência está se tornando uma direção de pesquisa importante.

Uma Nova Abordagem de Intercamada de Baixa Resistência

Em 2026, pesquisadores do Japão relataram uma nova abordagem para o crescimento de GaN em Si(111) usando uma intercamada extremamente fina semelhante a amorfa.

O método forma uma intercamada de aproximadamente sub-nanômetro entre silício e GaN que ajuda a acomodar a incompatibilidade de rede, mantendo baixa resistência elétrica vertical.

Os pesquisadores demonstraram que a abordagem poderia suportar o crescimento subsequente de GaN MOCVD, mantendo robusta estabilidade térmica e condução de corrente vertical.

A importância não é simplesmente mais uma estrutura de camada de buffer de GaN.

Aborda uma das contradições centrais no GaN vertical-on-Si:

a interface deve absorver a incompatibilidade cristalina sem se tornar uma barreira elétrica.

Se tais estruturas puderem ser escaladas de forma confiável, elas poderão tornar o silício uma plataforma mais prática para dispositivos GaN verticais.

Silício de 200 mm Torna o Conceito Mais Interessante

O silício oferece uma grande vantagem que o GaN nativo ainda não fornece economicamente:

infraestrutura de semicondutores de grande diâmetro.

Fabs de silício de 200 mm já contêm equipamentos maduros para:

• litografia;

• implantação;

• metalização;

• inspeção;

• manuseio de wafer;

• controle de processo automatizado.

Pesquisas publicadas em 2026 demonstraram comportamento de avalanche em diodos p-n GaN pseudo-verticais fabricados usando epitaxia de GaN em substratos de silício de 200 mm. Os dispositivos atingiram aproximadamente 805 V sem terminação de borda dedicada, ilustrando como a pesquisa de GaN-on-Si está começando a ir além das estruturas de transistor lateral tradicionais.

Isso não significa que o GaN vertical-on-Si esteja pronto para substituir as plataformas GaN ou SiC existentes.

Mas demonstra por que os pesquisadores continuam a investigar maneiras de combinar a física de dispositivos GaN verticais com a economia de wafers de silício grandes.

O GaN Vertical Também Está Entrando em Testes em Nível de Sistema

Outra mudança importante em 2026 é que o GaN vertical está indo além de dispositivos de teste individuais.

Pesquisadores demonstraram um inversor trifásico de 10,4 kW usando MOSFETs de trincheira GaN verticais.

O trabalho também identificou problemas de confiabilidade relacionados ao deslocamento da tensão de limiar e ao aumento da resistência em condução, destacando a importância de melhorar a interface MOS e o design do corpo p.

Este é um estágio importante do desenvolvimento tecnológico.

A tensão de ruptura em laboratório por si só não prova que um semicondutor de potência está pronto para sistemas práticos.

Inversores reais expõem os dispositivos a:

• estresse de comutação;

• ciclos de temperatura;

• alta corrente;

• estresse de gate;

• tensão transiente;

• desequilíbrio de dispositivos paralelos.

Demonstrações em nível de sistema revelam problemas de confiabilidade que podem não aparecer em medições simples em nível de wafer.

Por Que o Wafer de GaN Ainda Importa

Se o GaN vertical é fabricado em GaN nativo ou silício, a qualidade do wafer permanece fundamental.

Parâmetros importantes incluem:

• densidade de discordâncias de rosca;

• arco e empenamento do wafer;

• uniformidade da espessura epitaxial;

• uniformidade da dopagem da camada de deriva;

• rugosidade da superfície;

• densidade de rachaduras;

• compatibilidade do contato traseiro.

Para dispositivos verticais de alta tensão, camadas de deriva de GaN espessas tornam-se particularmente importantes.

Pequenas variações na espessura ou dopagem podem se traduzir em variações na tensão de ruptura e na resistência em condução em todo o wafer.

Isso significa que a fabricação de GaN vertical requer não apenas uma boa estrutura de transistor, mas também material epitaxial extremamente consistente.

O GaN Nativo Ainda Terá uma Vantagem

A pesquisa de GaN-on-silicon não deve ser interpretada como evidência de que os substratos de GaN nativo estão se tornando desnecessários.

O GaN nativo permanece atraente para os dispositivos verticais de mais alto desempenho porque pode fornecer densidade de defeitos muito baixa e excelente compatibilidade cristalina.

Revisões de 2026 da tecnologia GaN vertical continuam a identificar o GaN nativo como uma plataforma importante para operação de alta tensão, ao mesmo tempo em que enfatizam o custo do substrato como um grande obstáculo para a comercialização ampla.

O mercado, portanto, pode se desenvolver em dois caminhos.

O GaN nativo pode atender a aplicações exigentes onde a qualidade do material justifica o custo mais alto do substrato.

O GaN-on-Si pode ter como alvo aplicações de alto volume onde a escala de fabricação e o custo são mais importantes.

A Próxima Questão é o Rendimento de Fabricação

O GaN vertical já demonstrou desempenho impressionante em laboratório.

O próximo desafio não é simplesmente alcançar outro recorde de tensão de ruptura.

A indústria precisa determinar se os dispositivos verticais podem ser fabricados com:

• epitaxia estável de wafer para wafer;

• densidade de defeitos aceitável;

• interfaces MOS reproduzíveis;

• alto rendimento de dispositivos;

• confiabilidade a longo prazo;

• custo competitivo.

Se a tecnologia de buffer GaN-on-Si de baixa resistência continuar a melhorar, o silício poderá eventualmente fornecer uma ponte entre a física avançada de dispositivos GaN e a fabricação de wafers de alto volume.

Isso torna o GaN vertical-on-Si um dos desenvolvimentos de wafer de GaN mais interessantes para se observar além de 2026.